HVDC控制系统建模仿真分析

VSC——HVDC整流站系统仿真与分析作者：杨乃杰4.1结构图为了验证以上讨论的控制策略的可行性和有效性，利用MATLAB软件建立的仿真模型如下：交流系统参数为230kV/2000MVA/50Hz；整流器逆变器都为使用IGBT的三电平NPC电压源换流器，电压源换流器参数为200MVA，+/-100kVDC；调制方式为正弦脉宽调制SPWM，载波频率为基波频率的27倍，1350Hz；直流线路为75km，如图4-1所示。

4-1VSC-HVDC仿真模型图整流侧控制器的仿真模型图整流侧换流器功率外环控制器的仿真模型图整流侧换流器电流内环的仿真模型图4.2仿真结果与分析VSC-HVDC有功、无功和直流电压的阶跃响应情况仿真系统首先进入稳态。

然后整流器的有功功率和无功功率、逆变器的直流电压相继发生阶跃变化。

在t=1.5秒时，第一个阶跃变化为有功功率1p.u.降到0.9p.u.；功率在大概0.3秒的时间内保持稳定。

在t=2.0秒时，整流器的无功功率由0变为-0.1p.u.；总仿真时间为3秒。

图4-2标幺值为1时的整流侧仿真波形从上到下波形图分别为直流电压波形、有功功率波形、无功功率波形、三相电压波形和三相电流波形。

其中整流侧标幺值为1，定无功功率为0MW，由上图可知有功功率与无功功率迅速到达给定值，直流母线侧电压恒定，故电压能够快速的地达到整定值200KV。

图4-3标幺值为1时的整流侧三相电压波形（上）和三相电流波形（下）图4-3可知标幺值为1的情况下，三相电流和三相电压同向。

分析：实现了阶跃P和阶跃Q 指令的及时响应，从而快速调节潮流4.2.2潮流反向时整流侧仿真波形图4-4潮流反向时的仿真波形图4-4为潮流反向时的仿真波形，由上到下分别为直流电压波形、有功功率波形、无功功率波形、三相电压波形和三相电流波形。

标幺值为-1，定无功功率Q为0MW，由上图可知有功功率与无功功率迅速到达给定值，直流母线侧电压恒定，故电压能够快速的地达到整定值200KV。

向无源网络供电的VSC_HVDC系统仿真研究无源电网是指没有独立的发电设备，而是通过连接到其他电网中的发电机来获取电力的电网系统。

VSC（Voltage-Source Converter） HVDC （High Voltage Direct Current）系统是一种特殊的HVDC系统，它通过使用可控的开关设备，将交流电转换为直流电，并将其输送到远距离的电网。

VSC_HVDC系统是无源电网供电的一种重要方式，对VSC_HVDC系统的仿真研究可以有效地评估系统的性能和稳定性。

本文将对VSC_HVDC系统的仿真研究进行探讨，并分析其在无源电网供电方面的应用。

首先，在进行VSC_HVDC系统仿真研究时，需要确定仿真模型的准确性。

仿真模型应包含所有与系统相关的元件和参数，如电力电子器件、控制系统和传输线路等。

同时，仿真应考虑不同负载条件下的电力输送情况，以评估系统的稳定性和性能。

其次，在进行VSC_HVDC系统仿真研究时，需要考虑到电力电子器件的特性和控制策略的选择。

电力电子器件是实现交流到直流转换的关键部件，选择合适的器件可以提高系统的效率和稳定性。

控制策略将影响系统的响应和稳定性，在仿真研究中需要对不同的控制策略进行比较和评估。

此外，无源网络供电的VSC_HVDC系统需要考虑到电力平衡和频率控制的问题。

在无源电网中，电力平衡和频率控制是引入外部电网的重要问题。

通过仿真研究，可以对系统的平衡和控制方法进行优化，以提高系统的稳定性和性能。

最后，进行VSC_HVDC系统仿真研究时，还需考虑到系统的故障处理和保护机制。

在发生故障时，VSC_HVDC系统需要能够迅速稳定，并采取相应的保护措施以防止进一步损坏。

在仿真研究中，可以模拟不同类型的故障情况，并对系统的稳定性和保护机制进行评估。

综上所述，对无源电网供电的VSC_HVDC系统进行仿真研究可以为系统的优化和改进提供重要的参考。

通过准确的仿真模型、合适的电力电子器件和控制策略的选择、电力平衡和频率控制以及故障处理和保护机制的考虑，可以提高系统的性能和稳定性，以满足无源电网供电的需求。

基于RTDS的MMC-HVDC系统建模与仿真的开题报告一、研究背景随着电力系统的发展，交流输电和直流输电技术扮演着不同重要的角色。

高压直流输电（HVDC）已经被广泛应用于长距离电力输送和跨越海洋的越大电力输送。

多级换流器（MMC）作为一种最新的HVDC技术，已经越来越受到关注。

MMC拥有多级微电网结构、短路能力强和高可靠性等特点，可以有效地解决传统HVDC技术中的问题，如换流器失效、并接和逆变器过载等问题。

为了深入了解MMC-HVDC系统的运行机理和优越性能，需要进行系统级建模和仿真。

由于MMC形式的多级结构和大量的开关器件，MMC-HVDC系统的建模和仿真非常复杂。

因此，需要选择合适的建模工具和仿真平台，以实现对MMC-HVDC系统的快速建模和仿真分析。

基于RTDS（Real-Time Digital Simulator）的MMC-HVDC系统建模和仿真是目前应用最广泛的方法之一，该方法可以快速准确地模拟系统电气特性和故障情况。

RTDS是一种真实的数字仿真器，它模拟实际电力系统中的电源、传输线、输电系统和负载等运行状态，可以实现快速仿真和快速故障切除处理。

因此，通过使用RTDS构建MMC-HVDC系统模型，可以对系统进行准确的电气和动态性能分析。

二、研究目的本研究的主要目的是基于RTDS平台构建MMC-HVDC系统模型，包括MMC模型、直流线模型和升压变压器模型，以实现MMC的电气和动态性能仿真分析，并分析MMC的运行机理和优越性能。

三、研究内容本研究的主要内容包括：1. MMC-HVDC系统的基本理论和技术知识的学习和了解2. RTDS平台的学习和使用3. MMC-HVDC系统模型的建立，包括MMC模型、直流线模型和升压变压器模型4. 系统静态和动态性能的仿真分析，包括直流侧电压/电流波形分析、直流电压/电流调节和传输功率分析等5. MMC运行机理和性能优越性分析四、研究意义本研究的意义在于：1. 加深对MMC-HVDC系统的理解和认识，为电力系统运行和控制提供技术支持2. 探索MMC-HVDC技术在大规模电力输送中的应用，为能源高效传输打下基础3. 为电力系统建模和仿真提供参考和借鉴，促进电力系统技术的发展。

基于Simulink的高压直流输电系统建模与仿真1. 简介本文档旨在介绍基于Simulink的高压直流（HVDC）输电系统的建模与仿真方法。

高压直流输电系统是一种通过将电能转换为直流电并通过特殊的高压直流电缆进行传输的电力传输方式。

通过建立准确的模型，并进行仿真分析，可以帮助我们更好地理解和优化HVDC输电系统的性能。

2. 模型建立为了建立HVDC输电系统的模型，我们可以利用Simulink软件进行仿真建模。

Simulink是一种功能强大的矩阵模拟工具，它可以帮助我们建立各种物理和电气系统的模型。

在建立HVDC输电系统模型时，需要考虑以下几个关键要素：2.1 直流电源模型首先，我们需要建立直流电源的模型。

直流电源通常由一个直流发生器和一个滤波电容组成。

我们可以利用Simulink内置的电源模块来建立直流电源的模型，并设置合适的参数和电压限制。

2.2 变流器模型接下来，我们需要建立HVDC输电系统中的变流器模型。

变流器负责将交流电转换为直流电，并通过高压直流电缆进行输送。

Simulink提供了多种变流器模型，可以根据实际情况选择合适的模型。

我们需要设置变流器的输入电压、输出电压和功率等参数。

2.3 直流电缆模型HVDC输电系统中的直流电缆是电能传输的关键组成部分。

为了准确建模，我们需要考虑直流电缆的电阻、电感和电容等参数。

Simulink提供了多种电线模型，可以用于建立直流电缆的模型。

我们需要根据实际情况设置直流电缆的参数。

2.4 稳定器模型为了确保HVDC输电系统的稳定运行，需要在系统中添加稳定器模型。

稳定器可以监测并控制系统的电压和功率等参数，以保证电能的稳定传输。

Simulink提供了各种控制器模型，可以用于建立稳定器的模型。

3. 仿真分析利用建立的模型，在Simulink中进行仿真分析可以帮助我们评估HVDC输电系统的性能。

通过仿真，我们可以观察并分析各个组件的工作状态和系统的稳定性。

在进行仿真分析时，可以考虑以下几个方面：3.1 电压和电流波形分析通过仿真，我们可以获得HVDC输电系统中各个组件的电压和电流波形。

基于PSCAD的高压直流输电系统建模与仿真摘要：为了配合高压直流输电系统在我国的发展，介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理，运用PSCAD仿真软件分别建立、分析了HVDC系统的简化模型和CIGRE的HVDC 标准测试系统模型，对四种故障下的暂态响应进行仿真计算，仿真结果表明交直流系统中的任何故障都会使直流输电控制系统的控制模式发生快速切换，且其响应速度很快，即使在交流系统故障未切除的很短时间内，直流控制系统也已能达到一种稳定的控制模式。

关键词：高压直流输电(HVDC)；电流源型换流器；PSCAD；PWM；标准测试系统0 引言高压直流输电今年来发展很快，是我国重要的区域联网方式。

文献[1]指出，我国已建成了世界上第一个±800kV的最高直流电压等级的特高压直流输电工程，且计划在2020年前投运的直流输电工程将超过30个，学习和掌握直流输电技术成为电力电子技术领域及电力工程领域工作人员不可缺少的知识构成。

本文利用PSCAD仿真软件对HVDC系统进行了由简单到复杂的建模和仿真，对其运行特性进行观测和研究，是在高压直流输电课程的学习之后的总结与提升，为以后的深入学习奠定基础。

在简化模型中，直流输电系统简化为以不可控整流器、平波电抗器和逆变器相连接的交流电源，逆变器的触发脉冲由PWM调制生成，观测整流输出电流和逆变输出电压。

在较复杂的CIGRE的直流输电标准测试系统模型中，采用可控的双桥12脉动换流器作为整流器和逆变器，观测交直流侧电压、电流。

1 HVDC系统简介4图1 长距离式HVDC系统主接线1—交流系统2—换流变压器3—脉动换流器4—平波电抗器5—交流滤波器6—直流滤波器高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压直流输电线路和将直流电变换为交流电的逆变器三部分构成，因此从结构上看，高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路。

到目前为止，工程上绝大部分直流输电的换流器(又称换流阀，包含整流器和逆变器)由半控型晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。

第26卷 第2期 河南机电高等专科学校学报Vol.26 No.2 2018年3月 Journal of Henan Mechanical and Electrical Engineering College Mar. 2018收稿日期：2018-01-20基金项目：国家自然科学基金(NSFC)资助项目(51777166)作者简介：高淑萍（1970―），女，河南新乡人，工程师，博士，主要从事高压直流输电线路保护与新能源关键技术研究。

1基于LCC-HVDC 和VSC-HVDC 的混合双极直流输电系统的建模及仿真分析高淑萍1，朱航舰1，张保会2，宋国兵2（1. 西安科技大学 电气与控制工程学院，陕西 西安 710054；2.西安交通大学 电气工程学院，陕西 西安 710049）摘要：近年来，我国传统换相型高压直流输电（LCC-HVDC ）技术在电力系统中已经发展成熟；由于电力电子器件在实际工程应用中越来越成熟甚至达到完美状态，电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC ）也应用到了现代电网中。

由于LCC-HVDC 和VSC-HVDC 有各自的优点与不足，为了发挥两者的优势，对由LCC-HVDC 和VSC-HVDC 两个子系统分别位于上下两极所组成的混合双极直流输电系统（Hybrid Bipolar-HVDC ）进行了进一步的分析。

文章介绍了Hybrid Bipolar-HVDC 系统内部包含的一些基本结构，对LCC 和VSC 的主电路和其控制电路、在PSCAD 环境下正极LCC-HVDC 和负极VSC-HVDC 的主电路和控制电路分别进行了具体分析，最后用PSCAD 对Hybrid Bipolar-HVDC 进行了仿真，并分析了其稳定运行的状态。

关键词：换相型高压直流输电；电压源换流器型高压直流输电；混合双极直流输电；PSCAD 软件；仿真模型建立中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：1008–2093(2018)02–0001–06我国资源分布的特点决定了西电东输的模式，而西电东输要求传输的容量很大，传输距离很远，所以比较依赖直流输电[1,2]。

LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析一、本文概述随着可再生能源的快速发展和电网互联需求的增加，高压直流输电（HVDC）技术，特别是基于线换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）的HVDC系统，已成为远距离大功率电力传输和电网互联的重要选择。

这两种输电系统在结构和控制策略上存在显著差异，给电网建模和运行特性分析带来了挑战。

本文旨在提出一种通用的建模方法，用于分析LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性，以期为电网规划、设计和运行提供理论支持。

本文首先介绍了LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的基本原理和关键技术，包括换流器的拓扑结构、控制策略以及相应的数学模型。

在此基础上，提出了一种通用的建模方法，该方法结合了两种输电系统的共同特点和差异，通过调整模型参数和控制策略，可实现对LCCHVDC 和VSCHVDC输电系统的统一建模。

本文利用所建立的通用模型，对LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性进行了详细分析。

这包括稳态运行特性、动态响应特性以及故障穿越能力等方面。

通过对比分析，揭示了两种输电系统在运行特性上的共性和差异，为电网规划和运行提供了有益参考。

本文总结了LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析结果，并指出了未来研究的方向。

通过本文的研究，可以为电力系统工程师和研究人员提供一个全面、系统的视角，以深入了解和分析LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性，推动高压直流输电技术的发展和应用。

二、和输电系统概述输电系统是电力系统中至关重要的组成部分，它负责将电力从发电站高效、安全地传输到各个用电区域。

在现代电力系统中，随着电力需求的不断增长和可再生能源的广泛接入，传统的输电技术面临着越来越多的挑战。

为了满足这些挑战，LCCHVDC（低损耗串联补偿高压直流输电）和VSCHVDC（电压源型高压直流输电）技术应运而生，它们在提高输电效率、增强系统稳定性和优化电网结构方面发挥着重要作用。

基于MATLAB的HVDC仿真一、引言高压直流输电（HVDC）近年来在世界各地迅速发展，在我国也因“西电东送、南北互供、全国联网”而成为电力建设的热点。

目前除葛上、天广两个500 kV 直流工程已投运外，还有三峡—广东、贵州—广东、三峡—常州等多个直流工程已开工。

作为电力系统研究、规划、设计和运行分析的重要手段，本文利用MATLAB PSB（以Simuiink 为运行环境）对HVDC 系统的暂态过程进行建模和仿真。

PSB 涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型，它由以下6 个子模块库组成：①电源模块库：包括交、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形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 和理想开关等。

④电机模块库：包括励磁装置、水轮发电机及其调节器、异、同步电动机及其简化模型和永磁同步电动机等。

⑤连接模块库：包括地、中性点和母线（公共点）。

⑥测量模块库：包括电流与电压测量。

在6 个子库的基础上，可根据需要组合封装出更为复杂的常用模块比如附加模块库（Poweriib EXtras）中的三相电气系统。

附加库中还包括均方根测算、有功与无功功率测算、傅里叶分析、可编程定时器和同步触发脉冲发生器等。

二、HVDC模型介绍（一）HVDC系统的基本结构与工作原理HVDC 系统由换流站（亦可用作整流站、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 1单级（双桥）大地回流换流站（1）换流变压器，变交流电压为桥阀所需电压。

（2）换流器，由晶闸管组成，用作整流和逆变。

换流器一般采用三相桥式（ 有单、双桥两类）线路，每桥有6 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 个块串联组成阀体。