基于MATLAB的HVDC仿真
一、 引言
高压直流输电(HVDC)近年来，它在世界各地发展迅速，由于西电东送、南北互供、全国联网，也成为我国电力建设的热点。目前，除葛上和天广两个500 kV 三峡-广东、贵州-广东、三峡-常州等直流工程已投入运营。本文作为电力系统研究、规划、设计和运行分析的重要手段MATLAB PSB(以Simuiink 对于运行环境)HVDC 建模和模拟系统的临态过程。PSB 它涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电气学科中常用的基本元件和系统的模拟模型，由以下6组成 由个子模块库组成：①电源模块库：包括交流、直流电压源、交流电流源、可控电压、电流源等。②基本元件模块库包括串(并)联RLC 负载/ 支路、线性变压器、饱和变压器/ 互感器、断路器、N 相分布参数线路、单相π集中参数传输线路和浪涌放电器等。③电力电子模块库包括二极管、晶闸管GTO、MOSFET 理想开关等。④电机模块库：包括励磁装置、水轮发电机及其调节器、异常、同步电机及其简化模型、永磁同步电机等。⑤连接模块库：包括地面、中性点和母线（公共点）。⑥测量模块库：包括电流和电压测量。在6 在个子库的基础上，可以根据需要组合包装更复杂的常用模块，如附加模块库(Poweriib EXtras)中三相电气系统。附加库还包括均方根计算、有功和无功率计算、傅里叶分析、可编程定时器和同步触发脉冲发生器。
二、 HVDC模型介绍
(一)HVDC系统的基本结构和工作原理
HVDC 该系统由换流站组成( 也可用作整流站、逆变站)和HVDC 线路组成，它有多种接线方式。单极(双桥)大地回流换流站(见图1)的主要设备有:
图 单级(双桥)大地回流换流站
(1)桥阀所需的电压为换流变压器。
(2)换流器由晶闸管组成，用于整流和逆变。换流器一般采用三相桥式( 有单桥、双桥两类)线路，每桥6条 个桥臂(即6 脉冲换流器)，如天生桥-广州1 500 kV HVDC 系统晶闸管块的额定电压为8kV，用78 将阀体串联成块。
(3)滤波器、交流侧滤波器一般安装在交流侧母线上。用单调谐滤波器吸收单桥5、7、11 次(6\二)谐波，高通滤波器吸收高次谐波；双桥11、13 次(12n±1 二)谐波滤波器和高通滤波器。直流侧滤波器一般安装在直流线路两端，谐波采用有源滤波器广频谱消除，单桥吸收6n双桥吸收12次谐波n 次谐波。
(4)无功补偿通常由静电电容器(包括滤波器电容器)和静态无功补偿器提供。
(5)直流平波电抗器，降低直流电压和电流的波动，抑制受干扰时直流电流的上升速度。
HVDC 控制整流器的触发延迟角α逆变器的逆变角β 控制电压、电流和输送功率。固定电流常用于整流侧Ids控制(Ids其约束方程为直流电流Id = Ids，通过比较Id和Ids的偏差来调节α，使两者偏差趋于零，达到控制的目的。
(二)HVDC模拟系统
本文用MATLAB PSB典型的12脉冲对一HVDC系统(见图2)进行建模和
图 2 12脉冲HVDC系统
模拟。1000兆瓦(500千伏，2千安)直流互联用于500千伏、50000千伏的电力
兆赫，60赫兹系统传输到345kV，1万兆赫，50赫兹系统。交流系统由基频(600 Hz或50 Hz)在三次谐波下具有80度角的阻尼L-R等效物表示。
整流器和逆变器是12脉冲转换器，采用两个串联通用桥接模块。这些转换器通过300公里和00公里的线路.5 H平滑电抗器相互连接。三相变压器(三绕组)模块用于转换器变压器(星形接地/星形/三角形)。变压器分接头不是模拟的。分接位置由转换器变压器主额定电压的倍增因子(整流器侧为0.90；逆变器侧为0.96)确定。
从AC角度来看，HVDC转换器可作为谐波电流的来源。从直流的角度来看，它是谐波电压的来源。谐波的阶数n与转换器配置的脉冲数p有关：交流电流，n = kp±1.直流电压，n = kp，k可以是任何整数。在这个例子中，p = 因此，交流侧注入谐波为11、13、23、25，直流侧注入谐波为12、24。
交流滤波器用于防止交流系统上奇数谐波电流的扩散。过滤器分为两个子系统。由于触发角，这些滤波器在基频处也表现为大电容α，为整流器消耗提供无功功率补偿。对于α= 30度，转换器无功率需求约为满载时传输功率的60%。交流滤波器子系统包含高谐波11次和13次Q(100)调谐滤波器和低Q(3)用于消除高次谐波，如24次以上。电容组还提供额外的无功功率。整流器直流侧和逆变器交流侧应用两个断路器模块来检查系统性能。电源系统、控制和保护系统采用相同的采样时间Ts = 50μs离散处理。一些保护系统的采样时间为1或2 ms。
三、 控制系统分析
整流器磁极控制（电流）和逆变器磁极控制（电流/电压/伽马）子系统为两个转换器产生参考电流，启动和停止直流输电。在逆变器中，伽马测量子系统测量6脉冲晶闸管转换器的消光角Gamma。
保护系统可以打开和关闭。在整流器中，直流故障保护检测到线路故障，并采取必要措施清除故障。整流器和逆变器的低交流电压检测子系统用于区分交流故障和直流故障。在逆变器中，预防控制子系统[2]减少了由交流电压突然下降引起的交流故障。
(1)同步和射击系统
脉冲发射控制系统执行12个发射脉冲的同步和生成。该系统根据转换器控制器计算的电压使用一次电压α触发角同步并产生脉冲。同步电压在变流器变压器的一次侧测量，因为波形失真较小。(PLL)用于产生三个同步于正序电压基波分量的电压。触发脉冲发生器与PLL三电
压力同步。整流电压(AB，BC，CA)在过零点，斜坡被重置。每当斜坡值等于控制器提供的预期延迟角度时，就会产生触发脉冲。
(二)稳态V-I特性
该稳态特性(图3)由整流器极控和逆变器极控子系统实现:
图 3稳态特性
整流器控制正常运行Id_ref逆变器控制参考值的电流Vd_ref或Gamma_min电压或伽玛参考值。
如图所示，系统通常在点1处运行。然而，在AC在系统1上给整流器供电的严重紧急情况下，工作点移动到点2。因此，整流器被迫最小化α逆变器处于电流控制模式。类似地，交流系统向逆变器供电的电压降将迫使控制模式改为伽玛调节，并将角度限制为γmin。在严重事故中，需要更快的响应来增加换相余量，从而降低换相失败的概率。变相失败预防控制子系统(检查逆变器保护模块)产生最大限度的信号(例如，在AC故障期)。
注：γ=消光角=180o - α - μ，μ=换向角或重叠角 (三)VDCOL功能
另一个重要的控制功能是根据直流电压值改变参考电流。该控制被命名为电压相关电流指令限制器(VDCOL)，当VdL在直流线路故障或严重交流故障期间，自动降低参考电流(Id_ref)设定值Id参