直流輸電系統(tǒng)建模分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u1915直流輸電系統(tǒng)建模分析概述 113431.1.1換流器模型 1283481.1.2等值電路模型 4107761.1.3分布參數(shù)模型 5286711.1.4含光伏和直流輸電系統(tǒng)接入的電網(wǎng)模型有效性驗(yàn)證 6換流器模型電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)計(jì)算采用的是基波、相量的變量表示方式，而換流器的電磁暫態(tài)模型采用三相瞬時(shí)值表示變量，這種仿真機(jī)制的差別使得電磁暫態(tài)模型只有在開發(fā)機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真接口后才能應(yīng)用于機(jī)電暫態(tài)仿真。而換流器的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型只需要獲取交流系統(tǒng)的電壓即可計(jì)算，能方便的應(yīng)用于機(jī)電暫態(tài)仿真，因而在研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的過程中，使用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型為直流換流器基礎(chǔ)模型需符合以下幾種條件：（1）以頻率恒定且對(duì)稱的正弦波的電壓波形作為換流母線電壓的標(biāo)準(zhǔn)；（2）換流站采用不考慮內(nèi)阻的三相平衡換流變壓器；（3）采用大電感的平波電抗器，得到平直的直流電流；（4）采用正向?qū)ǖ碾妷簤航禐?和斷開時(shí)漏電流為0的理想閥；（5）各閥以理想次序、相同相位間隔輪流觸發(fā)。一個(gè)六脈動(dòng)換流橋的結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。交流系統(tǒng)及換流變壓器漏抗采用折算到換流變閥側(cè)的理想電壓源串聯(lián)阻抗的戴維南電路等效，六個(gè)橋閥按正常順序輪流導(dǎo)通。可控硅閥只有在承受正向電壓，同時(shí)又在控制極得到觸發(fā)信號(hào)時(shí)才開始導(dǎo)通。它一經(jīng)導(dǎo)通，即使除去觸發(fā)信號(hào)，仍保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到導(dǎo)通電流過零并且承受反向電壓時(shí)才會(huì)關(guān)斷，待載流子完全復(fù)合后才恢復(fù)正向阻斷能力。圖2.4整流器原理接線圖不計(jì)觸發(fā)角及換相過程時(shí)，換流器的直流電壓與交流電壓的關(guān)系如下： (2-8)式(2-8)中，E為換流變閥側(cè)線電壓（即圖2.4的理想電源）有效值，Udi0稱為理想空載直流電壓。計(jì)及觸發(fā)角α，不計(jì)及換相過程時(shí)，直流電壓的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方程如式(2-9)：(2-9)計(jì)及觸發(fā)角及換相過程時(shí)，如圖2.5，設(shè)閥1，2導(dǎo)通，1、3換相，等效交流電壓為eabc，忽略換相電阻，換相電感為Lc，直流電流Id，閥間換相電流為isc。圖2.5六脈動(dòng)整流器工作原理由基爾霍夫電流定律：(2-10)由基爾霍夫電壓定律可知：(2-11)假設(shè)采用大電感的平波電抗器，得到平直的直流電流，則有：(2-12)由式(2-10)(2-11)(2-12)可得：(2-13)換相過程中，短路電流為：(2-14)當(dāng)換相結(jié)束時(shí)，即時(shí)，有(2-15)聯(lián)立(2-13)(2-14)(2-15)求解可得： (2-16)對(duì)于整流器，直流電壓均值為：(2-17)對(duì)于逆變器，直流電壓均值為：(2-18)由式(2-17)、(2-18)，可以看出電壓源與換相阻抗電壓差值為直流電壓，且與觸發(fā)角存在一定的聯(lián)系，所以可用一個(gè)串聯(lián)的戴維南等效電路表示換流器，如圖2.6所示。圖2.6換流器等值電路直流線路的動(dòng)態(tài)特性對(duì)于直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)有著重要的影響。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，選擇不同的線路模型，其兩側(cè)的輸入電壓變化與線路電流、充電功率的變化與恢復(fù)速率有著密切的聯(lián)系。因此，無論多端系統(tǒng)在直流側(cè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何，首先需要確定直流輸電線路的模型。等值電路模型集中參數(shù)模型不考慮直流線路的分布參數(shù)效應(yīng)，以電阻、電感、電容構(gòu)成的等值電路來表示線路，具體電路結(jié)構(gòu)可為T型或π型等值電路，其區(qū)別主要是等效并聯(lián)電容的位置。不考慮等效電容時(shí)，直流線路可用簡單的RL電路表示，如圖2.7。圖2.7直流輸電線路的R-L等值電路可列寫直流線路的微分方程式：(2-19)考慮直流電容時(shí)，等值電路為RLC型，以T型電路為例，將直流對(duì)地電容等效置于中點(diǎn)，線路等效電阻、電感分置兩邊，如圖2.8。圖2.8直流線路的R-L-CT型電路可列寫方程式如下：(2-20)(2-21) (2-22)分布參數(shù)模型兩端直流系統(tǒng)主回路模型如圖2.9所示，圖中輸電線路兩端為對(duì)稱的等效電壓源、線路阻抗、換相電抗等等效參數(shù)，依據(jù)等效參數(shù)形成直流系統(tǒng)一次電路模型，基于模型列寫主回路準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方程，電路方程如下：圖2.9兩端直流系統(tǒng)主回路模型(2-23)式中，為整流側(cè)直流電流，為逆變側(cè)直流電流，為中點(diǎn)電壓。容易求解式(2-24)：(2-24)通過拉普拉斯變換式(2-24)，得到： (2-25)通過拉普拉斯反變換可求出。進(jìn)一步推出平抗出口處的直流電壓：(2-26)(2-27)同理，逆變側(cè)：(2-28)直流系統(tǒng)換流器的穩(wěn)態(tài)方程可以表示為：(2-29)(2-30)式中，表示為直流電壓，表示為直流電流，Pd表示為有功功率Qd無功功率，為理想狀態(tài)下的直流電壓，為串聯(lián)的橋數(shù)，為換流站變壓器的變比，為換相電抗，表示高壓側(cè)母線線電壓有效值，表示逆變側(cè)熄弧角，表示換流器的功率因數(shù)。通過上式可得換流器損耗的無功功率為：(2-31)含光伏和直流輸電系統(tǒng)接入的電網(wǎng)模型有效性驗(yàn)證基于上述光伏電站和直流輸電系統(tǒng)控制策略，為了測試含光伏和直流輸電系統(tǒng)接入的電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在PSCAD/EMTDC仿真平臺(tái)上搭建相