高压直流输电系统的毕业论文设计(编辑修改稿)

高压直流输电系统的毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

＜30μ 时，在非换相期两个桥中只有 4个阀同时导通（每个桥中 2个）， 15 而当有一个桥进行换相时，则同时有 5个阀导通（换相的桥中有 3个，非换相的桥中有2个），从而形成在正常运行时 4个阀和 5个间轮流交替同时导通的 ”4—5”工况，它相当于 6脉动换流器的 “2—3”工况。 当换相角 176。 30μ 时，两个桥中总有 5个阀同时导通，在一个桥中一对阀换相刚完，在另一个桥中另一对间紧接着开始换相，而形成 “5”工况。 在 “5”工况时， 176。 30μ为常数。 当 176。 ＜60＜176。 30 μ 时，将出现在一个桥中一对阀尚未结束之前，在另一个桥中就有另一对阀开始换相。 即出现在两个桥中同时有两对阀进行换相的时段。 在此时段内两个桥共有 6个阀同时导通，当在一个桥中换相结束时，则又转为 5个阀同时导通的状态，从而形成 “5—6”工况。 随着换流器负荷的增大，换相角 μ也增大，其结果使 6个阀同时导通的时间延长，相应的 5个阀同时导通的时间缩短。 当 176。 60μ 时， “5一 6’工况即结束。 在正常运行时， 176。 ＜30μ ，而不会出现 “5一 6”工况。 只有在换流器过负荷或交流电压过低时，才可能出现 176。 ＞30μ 的情况 [14]。 12脉动换流器与 6脉动换流器的另一个主要区别是当两桥之间有耦合电抗存在时，则会产生两桥在换相时的相互影响。 具有多于两个桥的换流器，则可具有更高的脉动数。 这在理论上是可以的，但这时换流变压器接线要求比 12脉波时复杂，而且整个系统的可靠性降低。 因此，实际工程中一般采用这种 12脉波的双桥换流器 [15][16]。 直流输电系统的基本控制原理 直流 输电系统的控制调节，是通过改变线路两端换流器的触发角来实现的，它能执行快速和多种方式的调节，不仅能保证直流输电的各种输送方式，完善直流输电系统本身的运行特性，而且还能改善两端交流系统的运行性能。 因此，直流输电的控制调节对整个交直流系统的安全和经济运行起着重要的作用。 结合前面的分析，图 线路可以用图。 16 V d o r c o s α R c r V d r L d r L d R d R d C d cV d o i c o s β L d L d i I d r V c V i I d i R c i 图 高压直流系统等值电路图 图中， Vdr和 Vdi分别表示整流 侧和逆变侧的直流电压 ； Ldr和 Ldi分别表示整流侧和 逆变器平波电抗器的电感值； Ld 和 Rd分别为二分之一直流线路电感值和电阻值； Cdc为直流输电线路总的接地电容； Idr和 Idi分别表示整流侧和逆变侧的直流电流； Vc为电容上的电压值； Vdor和 Vdoi分别为整流侧和逆变侧的理想空载直流电压； α为 整流器的触发延迟角， β为逆变器的触发延迟角； Rcr和 Rci分别为整流侧和逆变侧的等效换相电阻 [17]。 cicicrcr π3π3 XRXR  ， （ ） Xcr和 Xci分别为逆变器的换流电抗 [18]。 其中，理想空载直流电压与交流电压的关系为 : aidoiardor kkVV VV （ ） 式中，  ， B为串联换流桥的数目。 由图 ，可列写出直流输电线路的动态方程组为 :   didrcdrcdrdiddiddicdrdrddrddr－dtdC－R－dtdI－R－dtdIIIVVVILLVVILL （ ） 同样，根据等值电路图，利用电路理论得出，整流器和逆变器的直流输出电压的表达式为 : diciaididrcrardr R﹣c o sk R﹣c o sk IVV IVV βα （ ） 其中 Vdr为整流侧换流变压器二次侧的线电压， Vdi为逆变侧换流变压器二次侧的线电压。 分别代 入 式 （ ）到式（ ）中，可得直流输电系统的数学模型 [19]： 17   didrcdrcaididdicardrddrddr－dtdCc o sk－dtdI－c o skR－2dtdIIIVVVLLVVILLβα （ ） 当直流系统处于稳态运行时 (此时，对地电容 Cd，可忽略 )，直流电流恒定，即 : ddid III 。 由式 （ ） 可得：  cicrddoidorcicrddorard 2 c o s﹣c o s2 c o s﹣c o sk RRR VVRRR VVI  βαβα （ ） 同时，由图 ， 整流端的功率为dIVP drdr  （ ） 逆变侧的功率为 : 2dddrddidi 2﹣ RRPIVP  （ ） 直流输电系统的基本控制方式 高压直流输电系统是高度可控的，其运行依赖于这种可控性的正确应用，以保证系统有期望的性能。 高压直流输电系统采用分层控制方式，目的在于使系统高效稳定的运行和保持功率控制的最大灵活性，同时保证设备的安全。 系统中最底层的控制就是整流器的本地控制 (极控制 )[20]。 控制的基本原则 根据上述分析和图 ，如图所示。 18 V d o r c o s α R r V d r R L R I V d o i c o s γ I d V d i 等值电路 V d o r c o s α V d r V d o i c o s γ V d i 电压分布 图 HVDC 输电联络线 高压直流系统通过控制整流器和逆变器的内电势来控制线路上任一点的直流电 压以及线路电流 (或功率 )。 具体的说，从式 ，改变直流电流 (或功率 ) 可以从两个方面来进行调节 ： (1)调节整流器的触发延迟角 α或逆变器的熄弧角 γ (越前角声 )，即调节加到换流阀控制极的触发脉冲相位。 采用 这种方式调节不但调节范围大，而且非常迅速，是直流输电系统主要的调节手段。 (2)调节换流器的交流电势。 一般靠调节发电机励磁或改变换流变压器分接头来 实现，调节速度相对较慢，是直流输电系统的辅助调节方式。 出于以下几个目的，必 须保持输电系统送端和受端的功率因数尽可能的高 : 1) 在给定变压器和阀的电流电压额定值的条件下，使换流器的功率较高； 2) 减轻阀上的压力； 3) 减少与直流系统连接的交流系统的损耗； 4) 在负荷增加时，使交流终端的电压降最小； 5) 减少换流器损耗的无功功率。 要得到高功率因数，必须 保持整流器的触发延迟角 α和逆变器的熄弧角 γ尽可能 19 的小。 为了确保触发前阀上有足够的电压，整流器有一个最小 α角限制，约为 5176。 还 必须留一些升高整流器电压的裕度来控制直流功率潮流。 对于逆变器，必须维持一个确定的最小熄弧角以避免换相失败。 确保换相完成 且有足够的裕度很重要，这样可以保证在 α=180。 或 γ=0176。 换相电压反向之前去游离。 因为即使换相己经开始，直流电流和交流电压仍有可能改变，所以在最小了角限制的 基础上必须有足够的换相裕度，一般 15176。 左右 [21]。 理想控制特性 为了满足上述控制的基 本原则，应该将电压调节和电流调节加以区别，并将它们分置在不同的换流端。 在正常运行条件下，整流器运行于恒定电流状态（ CC）以保持系统的稳定，逆变器运行于恒定熄弧角（ CEA）状态以维持足够的换相裕度。 系统正常状态伏安特性图如图 [22]。 V d B 逆 变 器 （ C E A ）整 流 器 （ C C ） E （ 运 行 点 ） C O A D E 图 理想伏安特性 图 Vd和电流 Id形成坐标， AB、 CD线上的点与整流器端测量的值对应，从而逆变器特性包括了线路上的电压降。 一般换相电阻略大于线路电阻，逆变器的特性直线斜率为负且较小，如 图中 CD线。 E点为理想稳态运行点，同时满足整流器和逆变器的特性。 实际控制特性 整流器通过改变 α角来保持恒定电流。 但是 α角不能小于其最小值 (αmin )，一旦 达到 αmin就不可能再升高电压，整流器将运行在恒触发角状态。 所以，整流器特性曲 线实际上有两部分，如图 AB和 FA所示。 FA部分对应于定触发角控制方式， AB段表示正常的定电流控制方式。 20 V d I m 逆 变 器 （ C E A ） 整 流 器 （ C I A ）正 常 电 压 整 流 器 （ C C ） C O A D I 逆 变 器 （ c c ） H F B E 图 实际稳态伏安特性 在实际的系统中，由于电流调节器的增益有限，定电流特性直线 可能稍有倾斜， 如图中 GH 和 AB 所示。 在正常电压下，逆变器的定熄弧角（ CEA）特性曲线和整流器特性曲线相交于 E。 但逆变器的定熄弧角特性线 (CD)不会与降低电压情况下整流器特性曲线 (F′A′B′ )相交。 所以，整流器电压的大幅度降低会引起电流和功率在短时间内下降到零，从而造成系统停运。 为了避免上述问题，逆变器也必须配置定电流控制器，而且其整定电流值要比整 流器定电流控制器的整定电流值小，它们的差值为电流裕度，如图 Im所示。 电流裕度可以确保两条定电流特性曲线不会相交。 这样完整的逆变器特性曲线包括 两 部分。 定熄弧角特性曲线和定电流特性曲线，如图 DGH所示。 正常运行条件下 (如图 E点 )，整流器控制直流电流，逆变器控制直流电压。 整流器电压降低时，运行条件如图中的 E′ 点所示。 此时逆变器进入定电流控制，整流器进入定触发角控制，建立电压 [23]。 除了有上述定电流、定熄弧角基本调节方式外，也有定电流和定电压的方式作 为基本调节方式。 此种方式是用一个闭环电压控制以保持直流线路某点的电压恒定， 来取代调节熄弧角到固定值 (CEA)。 定电压控制和定 γ角控制类似，都是逆变器常见 的控制方式。 但与定 γ角 控制相比，定电压控制方式有利于提高换流站交流电压的稳定性。 例如由于某种扰动使逆变站交流母线的电压下降时，为了保持直流电压，逆变 器的电压调节器将自动地减少 β角，从而使逆变器的功率因数提高，消耗的无功功率 减小，有利于防止交流电压进一步下降或阻尼电压的振荡。 如果逆变侧采用定熄弧角调节，则当交流电压下降时，它将增大 β角以保持熄弧角不变，因此逆变器的功率因数下降，消耗的无功功率增大，从而交流电压进一步下降，在某种条件下甚至形成恶性循环，最终导致交流电压崩溃。 定电压调节的另一个优点是，在轻负载 (直流电流小于额定值 )运行时，由于逆变侧的熄弧角比满载运行时为大，对防止换相失败更为 21 有利 [24][25]。 3 高压直流输电系统仿真 建模与仿真工具 MATLAB/Si。