轻型高压直流输电系统的研究.pdf

2010年10月
吉林电力
Oct,2010
第38卷第5期(总第210期)
Jilin Electric Power
Vol 38 No5(Ser. No 210)
轻型高压直流输电系统的研究
Study on HVDC Light System
万家晶,肖锐
(1.东北电カ大学,吉林吉林132012;2.大庆石油管理局,黑龙江大庆163000
摘要:分析了轻型高压直流输电原理并建立了系统的稳态模型,结合该模型确定了控制量与被控量的关系,设计
了适用于轻型高压直流输电系统的PID(比例-积分-微分)控制器;理论分析后应用 PSCAD/ EMTDC对四机两区
域交直流系统进行忉真分析。仿真结果表明,轻型直流输电能够提高系统的电压及功角稳定性,同时可以阻止系统
换相失败,对电压可达到快速恢复的目的。
关键词:轻型高压直流输电;仿真;比例-积分-微分控制器;稳定性
Abstract: The principle of high voltage direct current (HVDC) light system is analyzed and its steady-state model is
established. With the model, the relationship between control volume and the amount charged are determined, and
the PID controller for light DC Power Systems is designed. A model of HVDC Light with four AC lines connecting
two areas has been built by using the PSCAD/EMTDC. Simulation results show that the system voltage and angle
stability of the HVDC light has been improved, the system commutation failure can be prevented and rapi
recovery pure
Itage can be achieved
Key words: HVDC light; simulation; PID controller; stability
中图分类号:TM721
文献标志码:A
文章编号:1009-5306(2010)05-0026-04
随着电力系统的迅速发展及人们对环保意识的流母线电压。本文以四机两区域交直流系统为例进
不断提高,高压直流输电在远距离大容量输电、海底行仿真分析,验证了轻姴直流输电应用的必要性
电缆和大区非同步联网等方面优势日益突出,我国
已成为世界范围内直流输电应用最广阔的国家。传1VSC-HVDC基本原理
统的直流输电采用晶闸管半控器件作为开关元件的
相控型变流器,其存在一定的弊端?:首先,由于
基于VSC的轻型高压直流输电HVDC系统由
触发延迟角及关断角的存在,传统的直流输电吸收VSC、交流滤波器、交流电抗器、直流输电线、直流电
大量的无功功率,需要大量的无功补偿及滤波装置,容器组成。设交流母线电压的基波分量为U,换流
不但在经济上造成大量的浪费,而且当系统甩负荷器输出的电压基波分量为C,6为.滞后于O,的
时,由于无功功率过剩,可能导致过电压;其次,当角度,为换流电抗器电抗,忽略谐波分量,换流器
受端电网较弱时,容易发生换相失败;最后,不能向所吸收的有功功率及无功功率值为:
无源网络输送电能,以上原因均由于电网换相采用
Y Sin d
半控型器件。随着绝缘栅双极晶体管(IGBT)及可关
C、(、-。cos6
断晶闸管(GTO)等的发展,一种IGBT与脉宽调制
(PWM)技术相结合的基于电压源换流器(VSC)新
由上式可见,的大小决定着有功功率的传输,
型换流方式开始发展起来,轻型直流输电可以工作通过对お角度的控制,就可以实现对直流电流的方
在无源逆变方式,使利用高压直流为远距离孤立负向及传输功率的大小进行控制;通过对U的控制,
荷送电成为可能,此外,电压源换流器起到了静止补可以控制VSC吸收和发出的无功功率值
偿器的作用:动态补偿交流母线的无功功率,稳定交
收稿日期:2010-08-22
作者简介:万家晶(1982-),女,硕士研究生,研究领域为电力电子与电力传动。
2010年10
吉林电力
Oct.2010
第38卷第5期(总第210期)
Jilin Electric Power
Vol38 No 5(Ser. No 210)
2HVDC稳态模型建立及控制关系的确定
Pe2=CalU、2Y2sin(62ーa1)+22sina2
Q2=Ue2U2Y2cos(お2+a2)ーU2Y2cosa2(5)
在HVDC系统中,VSC有以下3种控制方
P-U: 2, U2=(M2/V2)Uap
式36:第1种是定直流电压控制,2个控制量分别
直流线路电流值为
为直流母线电压及输送到交流侧的无功功率;第2
Iる=I1=I2=(UaーUla)/R
种是定直流电流控制,2个控制量分别为直流电流
将(3)、(4)式代入(2)式Pa中,有:
及输送到交流侧的无功功率;第3种是定交流电压
UULIAL-=U A Uay sin(@+6,)-auayusin a
控制,控制量只有1个是交流母线电压。HVDC稳
由此可推出
态模型见图1,仅给出系统送端稳态物理模型,其受
Usin(a1+お1)
端可以有2种,分别接有源和无源网络。
(8)
Aiyisin a
再将(3)、(8)式代入(2)式Q中,得
U sin261U、I
2R1
(9)
Qc1 Per
Sin ar
VSC
(8)、(9)式描述了整流侧控制量A1、1与被控
AC
量Ua、Q间的稳态关系
R1_L1
同理得逆变侧控制量δ2、A2与被控量ld2、Q2间
一滤波器
稳态关系为
A5ud2y,sin a,+A, U,Y,
62-a2)
直流输电线
l+ARY.sin a 10
2=A2, Y, cos(2+@)-u2y2cos a2
图1 HVDC Light稳态模型
A2 U,2Y,R4[A2lay2sin a +A, U, 2Y, sin(, -a))cos( +a)
2.1两端均为有源网络
1+A5 psin a
昞端均为有源网络时,送受端的物理模型基本
(11)
一样。在这里换流器采用的控制方式是:整流侧定直
将(8)~(11)式分别对求A、6导,可得
流电压控制,逆变侧定直流电流控制方式。Pa,Q
是整流侧VSC向交流系注入的有功和无功功率
Us∠お>0并且Ua与1/接近线性关
Pa1,Qa是VSC吸收的有功和无功功率,在这里只关
系?,>0?4,的正负取决于潮流方向,当Ia=0
心Pe1,Qa;同理,在逆变侧只关心Pea,Q2。
为了说明问题,令:
时,a,与A1完全无关。6,·a2
正负与直流潮流<