基于Matlab的高压直流输电系统仿真研究

目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 高压直流输电系统 1
1.2 高压直流输电系统的历史 1
1.3 高压直流输电系统的特点 1
1.4 我国高压直流输电系统的现状 2
1.5 高压直流输电技术的发展前景 5
第2章 高压直流输电控制基本原理 6
2.1 高压直流输电控制系统分层结构 6
2.2 高压直流输电控制原理 8
2.3 高压直流输电控制方式 9
2.3.1 换流器触发控制 9
2.3.2 换流变压器控制 9
2.4 高压直流输电控制系统基本组成 10
2.4.1 换流器出发控制基本组成 10
2.4.2 换流变压器分接头控制基本组成 11
第3章 高压直流输电基本构成和工作原理 12
3.1 直流输电系统的构成方式 12
3.1.1 单极系统 12
3.1.2 双极系统 13
3.1.3 背靠背直流系统 15
3.2 高压直流输电的基本结构与工作原理 15
3.2.1 高压直流输电系统进本结构与工作原理 15
3.2.2 基于晶闸管的12脉动换流单元 16
第4章 高压直流输电仿真模型的建立与结果分析 19
4.1 高压直流输电仿真模型的建立 19
4.1.1 线路的参数 19
4.1.2 整流环节简介 20
4.1.3 逆变环节简介 21
4.1.4 滤波器子系统简介 21
4.2 仿真结果分析 21
4.2.1 稳态系统波形 21
4.2.2 直流线路故障 22
4.2.3 逆变侧单相接地故障 23
4.2.4 逆变侧两相接地故障 24
4.2.5 逆变侧两相短路故障 25
4.2.6 逆变侧三相短路故障 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
第2章高压直流输电控制基本原理
2.1高压直流输电控制系统分层结构
高压直流输电控制系统是保证直流输电系统稳定高效运行的关键[7]。高压直流输电控制系统根据功能、优先级等原则将所有控制环节划分为不同的等级层次。采用分层结构利于对复杂的高压直流输电控制系统进行分析、提升运行系统维护和操作的灵活性并降低了单个控制环节发生故障对系统其它环节的影响，增强系统运行的稳定性和安全性。

图2-1 高压直流输电控制系统分层结构
高压直流输电控制系统分层结构如图2-1所示，分为系统控制、双极控制、极控制、换流器控制、单独控制以及换流阀控制几部分。高压直流输电系统控制作用于换流站，换流站通过双极控制环节控制正负两个换流极，每个换流极通过极控制实现正常运行。极控制包括换流器控制及单独控制，换流器控制环节控制换流阀的运行状态实现交直流转换，换流阀控制与单独控制作用于被控对象，如晶闸管、换流变压器等设备。各层的控制作用采用单向传递方式，高层次等级控制低层次等级。
系统控制级是高压直流输电控制系统的最高层次等级，其主要功能为通过通信系统上传直流输电系统运行参数并接收电力系统调度中心运行指令，根据额定功率指令对各直流回路的功率进行调整和分配以保持系统运行在额定功率范围内，实现潮流反转控制以及功率调制、电流调制、频率控制、阻尼控制等控制方式，当出现故障或特殊情况时还可以进行紧急功率支援控制。
双极控制级的主要功能是同时控制并协调高压直流输电系统的正负极运行，根据系统控制级输出的功率指令，计算分配正负极的功率定值并在运行过程中控制功率的传输方向，平衡正负极电流并控制交直流系统的无功功率、交流系统母线电压等。
极控制级根据双极控制系统输出的功率指令，计算输出电流值，并将该电流值作为控制指令输出至换流器控制级进行电流控制，控制正极或负极的启动、停运以及故障处理。极控制级还可以实现不同换流站同极之间的电流指令值、交直流系统运行状态、各种参数测量值等信息的通信等。
换流器控制级的主要功能是控制换流器的触发以保持系统正常运行，并根据实际运行要求实现定电流控制、定电压控制等控制方式。换流器是高压直流输电系统实现交直流转换的重要设备，换流器触发控制通过调整换流器触发角控制高压直流输电交直流转换过程并保证高压直流输电系统输出预期的功率或直流电压，对高压直流输电系统的安全稳定运行具有重要作用。因此换流器触发控制是换流器控制级的核心部分，是高压直流输电控制系统的重要研究内容。
单独控制级的主要功能是控制换流变压器分接头档位切换以调节换流变压器输出电压，并监测和控制换流单元冷却系统、辅助系统、交直流开关场断路器、滤波器组等设备的投切状态。单独控制级的核心部分是换流变压器分接头控制，换流变压器分头控制通过调整换流变压器的换流阀侧(简称阀侧)电压保持高压直流输电系统换流器触发角或直流电压的稳定，提高高压直流输电系统的运行效率。由于换流变压器在高压直流输电系统中起到隔离交直流系统的作用，并对高压直流输电系统的稳定运行具有重要作用。因此，换流变压器分接头控制是高压直流输电控制系统的重要研究内容。
换流阀控制级将换流器控制级输出的触发角信号转换为触发脉冲来控制换流器中晶闸管的导通关断，并监测晶闸管等元件的运行状态，生成显示、控制、报警等信号。
根据上述高压直流输电控制系统分层结构的分析可知，换流器触发控制与换流变压器分接头控制是高压直流输电控制系统的核心组成，对高压直流输电系统的稳定运行具有关键性作用。因此，针对换流器触发控制与换流变压器分接头控制进行仿真建模是高压直流输电控制系统的重要研究内容。