【正文】 　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文題目 高壓直流輸電的整流控制 高壓直流輸電的整流控制摘要直流輸電是電力系統(tǒng)中近年來迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)距離海底電纜或大城市地下電纜送電、配電網(wǎng)絡(luò)的輕型直流輸電等方面。直流 輸電與交流輸電相互配合，構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。隨著電力系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)需求的不斷增長和 提高，直流輸電受到廣泛的注意并得到不斷的發(fā)展。與直流輸電相關(guān)的技術(shù)，如電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)控制、絕緣新材料、光纖、超導(dǎo)、仿真以及電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制和規(guī)劃等的發(fā)展 為直流輸電開辟了廣闊的應(yīng)用前景。由上可見，高壓直流輸電具有線路輸電能力強(qiáng)、損耗小、兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行、發(fā)生故障時(shí)對電網(wǎng)造成的損失小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于長距離點(diǎn)對點(diǎn)大功率輸電，而采用交流輸電系統(tǒng)便于向多端輸電。交流與直流輸電配合，將是現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文在論述了直流輸電基本概念、構(gòu)成、發(fā)展及主要設(shè)備的基礎(chǔ)上，討論了直流輸電的基本工作原理、諧波與無功問題、直流輸電的控制與保護(hù)并在MATLAB上搭建并仿真了一些直流線路的運(yùn)行。通過對仿真出波形的一些不足的分析，聯(lián)系到在實(shí)際工程可能存在的問題。關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；諧波；濾波器；晶閘管；PI控制；12脈波直流單級輸電整流；MATLAB目錄第1章 緒論 3 高壓直流輸電控制部分的課題背景 3 本課題研究的主要內(nèi)容及選題的意義 4 高壓直流輸電的構(gòu)成 4 高壓直流輸電的點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合 5 高壓直流輸電的歷史與國內(nèi)外的現(xiàn)狀 8第2章 高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備 11 換流裝置 11 換流變壓器 16 無功補(bǔ)償裝置 17 諧波以及濾波器 18 平波電抗器 19 濾波器類型 19 直流輸電線路 22第3章 電網(wǎng)換相直流輸電的控制 25 基本控制方式 25 PI控制 26第4章 仿真及仿真結(jié)果分析 30 高壓直流輸電搭建的模型及其各個(gè)部分介紹 30 系統(tǒng)模型各個(gè)部分參數(shù)的設(shè)定 32 仿真及仿真結(jié)果 33 不掛交流濾波器時(shí)高壓直流輸電輸出波形及分析 46第5章 總結(jié)和展望 51 總結(jié) 51 高壓直流輸電技術(shù)的簡單展望 51第1章 緒論 高壓直流輸電控制部分的課題背景 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓直流輸電變得可行，且得以充分的發(fā)揮其各方面的優(yōu)點(diǎn)。目前世界上已近有80項(xiàng)高壓直流輸電工程投入運(yùn)行，我國也有10項(xiàng)高壓直流輸電工程在國家電力網(wǎng)架中應(yīng)用，在優(yōu)化能源配置,保障國家能源安全和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用。隨著國家“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略方針的實(shí)施，加快建設(shè)以百萬伏級交流和177。660kV、177。800kV、177。1000kV級直流系統(tǒng)特高壓電網(wǎng)為核心的堅(jiān)強(qiáng)的電力網(wǎng)架已成為趨勢。中國將建設(shè)世界上輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)的高壓直流輸電工程。 在高壓直流輸電中系統(tǒng)控制尤為重要，它決定著整流與逆變能否正常進(jìn)行。 本課題研究的主要內(nèi)容及選題的意義本課題對177。500kV高壓串聯(lián)12脈波直流單級輸電整流部分的PI控制器參數(shù)進(jìn)行研究，通過不同參數(shù)下整流效果的不同來找到最適合的PI控制器的參數(shù)。選題的意義：高壓直流輸電要想得到穩(wěn)定的直流電壓控制部分必須要做好，通過本課題的研究可以找出定電流控制PI控制得到合適的觸發(fā)角，進(jìn)而得到很好整流直流電壓。 高壓直流輸電的構(gòu)成 高壓直流輸電的概念高壓直流輸電的概念是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電，經(jīng)整流器變換成直流電輸送至受電端，再用逆變器將直流電變換成交流電送到受端交流的一種輸電方式。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大功率輸電和非同步交流系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，具有線路投資少、不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題、調(diào)節(jié)快速、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。直流輸電系統(tǒng)：主要由換流站（整流站和逆變站）、直流線路、交流側(cè)和直流側(cè)的電力濾波器、無功補(bǔ)償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及保護(hù)、控制裝置等構(gòu)成（見圖直流輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成）。其中換流站是直流輸電系統(tǒng)的核心，它完成交流和直流之間的變換，前換流器多數(shù)采用晶閘管可控硅整流管)組成三相橋式整流作為基本單元，稱為換流橋。一般由兩個(gè)或多個(gè)換流橋組成換流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交流變直流直流變交流的功能。到目前為止工程上絕大部分直流輸電的由半控型的晶閘管器件構(gòu)成。 高壓直流輸電的分類　直流輸電按輸電的極數(shù)可分為單極直流輸電、雙極直流輸電、直流多回線輸電和多端直流輸電。現(xiàn)在運(yùn)行的直流輸電工程中只有很少的運(yùn)用了多端直流輸電，但也只限于放射式。直流輸電一般采用雙極線路，當(dāng)換流器有一極退出運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)可按單極兩線運(yùn)行，但輸送功率要減少一半。單極高壓直流輸電又分為一線一地和單極兩線的方式，即單極大地回線方式和單極金屬回線方式。 圖1 單極大地回線方式和單極金屬回線方式直流雙極輸電分為中性點(diǎn)兩端接地方式，中性點(diǎn)單端接地方式和中性線方式。圖2 雙極輸電中型點(diǎn)接地方式 直流多回輸電分為線路多回輸電方式和換流器并聯(lián)方式的多回線輸電。線路并聯(lián)多回輸電方式每極線都采用多回輸電線路，可提高輸電的容量、輸電的可靠性及可用率。多端直流輸電分為并聯(lián)多端直流輸電方式和串聯(lián)多端直流輸電方式。 高壓直流輸電的點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合 高壓直流輸電由于自身的結(jié)構(gòu)和性能，具有一系列的特點(diǎn)。1. 優(yōu)點(diǎn)高壓直流輸電用于遠(yuǎn)距離或超遠(yuǎn)距離輸電，因?yàn)樗鄬鹘y(tǒng)的交流輸電更經(jīng)濟(jì)。直流輸電線造價(jià)低于交流輸電線路但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600700km，電纜線路超過2040km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低直流輸電近年來發(fā)展較快。我國葛洲壩一上海1100km、177。500kV,輸送容量的直流輸電工程，已經(jīng)建成并投入運(yùn)行。 圖42交流輸電和直流輸電線路走廊（a）交流輸電線路走廊；（b）直流輸電線路走廊(1)、功率傳輸特性。隨著輸送容量不斷增長，穩(wěn)定問題越來越成為交流輸電的制約因素。為了滿足穩(wěn)定的要求，常需要采用串補(bǔ)、靜補(bǔ)、調(diào)相機(jī)、開關(guān)站等措施，有時(shí)甚至不得不提高輸電電壓。但是這將增加很多電器設(shè)備，代價(jià)昂貴。直流輸電沒有相位和功角的問題，當(dāng)然也就不存在穩(wěn)定問題，只要電壓降、網(wǎng)損等技術(shù)指標(biāo)符合要求，就可以達(dá)到傳輸?shù)哪康?，無須考慮穩(wěn)定的問題，這是直流輸電的重要特點(diǎn)，也是它的一大優(yōu)勢。輸送功率：（架空線路） 交流對地有效值： =三相交流: Pd = 導(dǎo)體允許通過的交流電有效值： = 直流對地電壓：雙極直流： Pd = 2 導(dǎo)體允許通過的電流：當(dāng)= Pa = Pd功率損耗：三相交流: Pa = =雙極直流： Pd = Pd = =當(dāng)Pd = Pa 、=，= = 輸送功率相同時(shí)，直流功率損耗為交流輸電功率損耗的倍。（2）、對線路故障的自防護(hù)能力好。交流線路單相接地后，加上重合閘時(shí)間，—1s恢復(fù)。直流線路單極接地，整流、逆變兩側(cè)晶閘管閥立即閉鎖，電壓降到零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無法過零的困難。若線路上發(fā)生的故障重合(對直流輸電系統(tǒng)為再啟動)過程中重燃，交流線路就三相跳閘了。直流輸電系統(tǒng)則可以用延長留待去游離時(shí)間及降壓方式來進(jìn)行第二、第三次再啟動，創(chuàng)造線路消除故障、恢復(fù)正常運(yùn)行的條件。對于單片絕緣子損壞，交流系統(tǒng)必然三相切除，直流系統(tǒng)則可降壓運(yùn)行，而且大多能取得成功。（3）、潮流和功率控制可實(shí)現(xiàn)自動化。交流輸電的潮流取決于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、發(fā)電機(jī)與負(fù)荷的運(yùn)行方式，控制難度較大，需由值班人員調(diào)度。直流輸電系統(tǒng)的功率傳輸可全部自動控制。（4）、對短路容量無影響。兩個(gè)電網(wǎng)以交流互聯(lián)時(shí)，將增加兩側(cè)系統(tǒng)的短路容量，有時(shí)會造成部分原有斷路器不能滿足遮斷容量要求而需要更換。如果兩電網(wǎng)以直流系統(tǒng)互聯(lián)(背靠背方式)，無論哪里發(fā)生故障在直流線路上增加的電流都是不大的，因此不會影響交流系統(tǒng)的斷路容量。（5）、調(diào)度管理簡便。由于通過直流系統(tǒng)互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以有不同的頻率，輸送功率也可保持恒定(恒功率、恒電流等)。對于送端而言，整流站相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷。對于受端而言，逆變站則相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)電源。兩個(gè)電網(wǎng)相互之間的干擾和影響小，運(yùn)行管理簡單方便，對我國當(dāng)前發(fā)展的跨大區(qū)互聯(lián)、合同售電、合資辦電等形成的聯(lián)合電力系統(tǒng)非常適用。2．相對于直流輸電的好處（1）當(dāng)輸送相同功率時(shí)，直流線路造價(jià)低，架空線路桿塔結(jié)構(gòu)較簡單，線路走廊窄，同絕緣水平的電纜可以運(yùn)行于較高的電壓；　 （2）直流輸電的功率和能量損耗??； 　 （3）對通信干擾??； 　 （4）線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)沒有電容電流，沒有電抗壓降,沿線電壓分布較平穩(wěn),線路本身無需無功補(bǔ)償； 　 （5）直流輸電線聯(lián)系的兩端交流系統(tǒng)不需要同步運(yùn)行，因此可用以實(shí)現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系； 　 （6）直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩(wěn)定問題，輸送距離和功率也不受電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制； 　 （7）由直流輸電線互相聯(lián)系的交流系統(tǒng)各自的短路容量不會因互聯(lián)而顯著增大； 　 （8）直流輸電線的功率和電流的調(diào)節(jié)控制比較容易并且迅速，可以實(shí)現(xiàn)各種調(diào)節(jié)、控制。如果交、直流并列運(yùn)行，有助于提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和改善整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行特性。3. 高壓直流輸電的缺點(diǎn)直流輸電也存在一系列的缺點(diǎn)。直流換流站的設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、損耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、可靠性也較差。換流器在工作過程中會產(chǎn)生大量的諧波，處理不當(dāng)而流入交流系統(tǒng)的諧波就會對交流電網(wǎng)的運(yùn)行造成一系列問題。因此必須通過設(shè)置大量、成組的濾波器消除這些諧波。其次傳統(tǒng)的電網(wǎng)換相直流輸電在傳送相同的功率時(shí)，會吸收大量的無功功率，可以達(dá)到有功功率的50％60％。需要大量的無功功率補(bǔ)償設(shè)備及其相應(yīng)的控制策略。另外，直流輸電的接地極問題、直流斷路器問題，都還存在著一些技術(shù)難點(diǎn)。當(dāng)受端交流系統(tǒng)的短路容量與直流輸送容量之比小于2時(shí)，稱為弱受端系統(tǒng)，這時(shí)為了控制受端電壓的穩(wěn)定性，保證直流輸送的可靠運(yùn)行，通常要增設(shè)調(diào)相機(jī)、靜止無功功率補(bǔ)償器（SVC）或靜止無功發(fā)生器（SVG），且應(yīng)實(shí)現(xiàn)HVDC與這些補(bǔ)償設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。 高壓直流輸電的歷史與國內(nèi)外的現(xiàn)狀自1954 年瑞典哥特蘭的世界上第一項(xiàng)高壓直流輸電工程投運(yùn)以來,高壓直流輸電技術(shù)已隨著電力電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)而飛速發(fā)展, 直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，對于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨(dú)特的優(yōu)勢。已作為高壓交流輸電技術(shù)的有力補(bǔ)充而在全世界廣泛應(yīng)用。我國幅員遼闊,西電東送、南北互供的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略使高壓直流輸電技術(shù)大有用武之地,預(yù)計(jì)將出現(xiàn)一系列高壓直流輸電工程。目前全世界直流輸電工程約80個(gè)，其中具有代表性的工程有： 巴西伊泰普直流輸電工程（ Itaipu HVDC transmission project），世界上已建成投運(yùn)的輸電電壓最高（177。750kV）、輸送功率最大（6000MW）的直流輸電工程?？笨恕掠⒏裉m直流輸電工程（Quebec—New England HVDC transmission project），世界上最大的多端（5個(gè)換流站）直流輸電工程。我國直流輸電現(xiàn)狀（1）早在50年代初，中國就已關(guān)注直流輸電，當(dāng)時(shí)政府派人去學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的高壓汞弧閥設(shè)計(jì)制造。1978年上海投運(yùn)一條31kV、150A、送電電纜長9km的直流輸電試驗(yàn)線，累計(jì)運(yùn)行2300h。（2）舟山直流輸電工程于20世紀(jì)70年代后期開始進(jìn)行調(diào)查研究與可行性分析。1980年底由中國國家計(jì)委和國家科委正式批準(zhǔn)建設(shè)。1981年國家科委與浙江省電力工業(yè)局、西安電力機(jī)械制造公司（簡稱西電公司）簽訂了科研總合同。1982年簽訂了新產(chǎn)品研制協(xié)議與供貨合同，由西安電力機(jī)械制造公司、北京重型機(jī)械廠、紅旗電纜廠和上海繼電器廠承制。1984年開始土建，1986年底完成設(shè)備安裝，1987年進(jìn)行調(diào)試，于同年12月投入試運(yùn)行，1989年9月1日通過了國家鑒定，并正式投入運(yùn)行。，其中架空線分三段，；海底電纜分二段，總長12km。第一期工程的規(guī)模為：單極直流100kV，500A，50MW，采用6脈動換流器。留有擴(kuò)建二期工程的位置。最終規(guī)模為：雙極直流177。100kV，500A，100MW。建設(shè)該工程的目的：除了實(shí)行大陸向舟山地區(qū)供電以外，同時(shí)通過工程建設(shè)還可促進(jìn)中國高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展。（3）隨著天生橋一、二級水電站的建設(shè)，天生橋送廣東500kV交流輸電線已有二條。增加一條直流線路，可以利用附加控制功能進(jìn)行直流調(diào)制，以抑制兩個(gè)電力系統(tǒng)間的功率振蕩，同時(shí)可以增加原有交流聯(lián)網(wǎng)線路的輸送容量。天廣500kV直流輸電工程西起貴州安龍馬窩，東至廣州北郊，該線1998年4月16日開工，由西門子公司總承包。規(guī)模:177。500kV、雙極額定容量1 800MW，線路全長980km。該線已于2000年12月底單極投產(chǎn)，2001年6月26日雙極投產(chǎn)。工程有所創(chuàng)新，采用了有源直流濾波器、直流光纖電流互感器、合成材料穿墻套管等，同時(shí)，在工程質(zhì)量、造價(jià)控制、建設(shè)速度以及調(diào)試方面都是國內(nèi)最好水平。（4）隨著三峽電站2003年開始投運(yùn)，國家電力公司部署了“西電東送、南北互聯(lián)、全國聯(lián)網(wǎng)”的方針。全國互聯(lián)電網(wǎng)的基本格局是：以三峽輸電系統(tǒng)為主體，向東西南北方向輻射，形成以北、中、南送電通道為主體，南北電網(wǎng)間多點(diǎn)互聯(lián)，縱向通道聯(lián)系較為緊密的全國互聯(lián)電網(wǎng)格局。北、中、南三大片電網(wǎng)之間原則上采用直流背靠背或常規(guī)直流隔開，以控制交流同步電網(wǎng)的規(guī)模。另一方面，隨著西部開發(fā)號角的吹響，龍灘、公伯峽、洪家渡、索風(fēng)營、烏江渡擴(kuò)機(jī)、百色水利樞紐、紫坪鋪水利樞紐等水電工