【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波性能。對(duì)于采用一組三繞組換流變壓器的12脈動(dòng)換流器，其中變壓器網(wǎng)側(cè)繞組中也不含有次的諧彼，因?yàn)槊總€(gè)這種次數(shù)的諧波在它的兩個(gè)閥側(cè)繞組中的相位相反，因此在變壓器的主磁通中互相抵消，在網(wǎng)側(cè)繞組中則不再出現(xiàn)。因此，大部分直流輸電工程均選擇12脈動(dòng)換流器作為基本換流單元，從而可簡(jiǎn)化濾波裝置，節(jié)省換流站造價(jià)。12脈動(dòng)換流器的工作原理與6脈動(dòng)換流器相同，它也是利用交流系統(tǒng)的兩相短路電流進(jìn)行換相。當(dāng)換相角時(shí)，在非換相期兩個(gè)橋中只有4個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通（每個(gè)橋中2個(gè)），而當(dāng)有一個(gè)橋進(jìn)行換相時(shí)，則同時(shí)有5個(gè)閥導(dǎo)通（換相的橋中有3個(gè)，非換相的橋中有2個(gè)），從而形成在正常運(yùn)行時(shí)4個(gè)閥和5個(gè)間輪流交替同時(shí)導(dǎo)通的”4—5”工況，它相當(dāng)于6脈動(dòng)換流器的“2—3”工況。當(dāng)換相角時(shí)，兩個(gè)橋中總有 5個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通，在一個(gè)橋中一對(duì)閥換相剛完，在另一個(gè)橋中另一對(duì)間緊接著開始換相，而形成“5”工況。在“5”工況時(shí)，為常數(shù)。當(dāng)時(shí)，將出現(xiàn)在一個(gè)橋中一對(duì)閥尚未結(jié)束之前，在另一個(gè)橋中就有另一對(duì)閥開始換相。即出現(xiàn)在兩個(gè)橋中同時(shí)有兩對(duì)閥進(jìn)行換相的時(shí)段。在此時(shí)段內(nèi)兩個(gè)橋共有6個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)在一個(gè)橋中換相結(jié)束時(shí)，則又轉(zhuǎn)為5個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，從而形成“5—6”工況。隨著換流器負(fù)荷的增大，換相角μ也增大，其結(jié)果使6個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)間延長(zhǎng)，相應(yīng)的5個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)間縮短。當(dāng)時(shí)，“5一6’工況即結(jié)束。在正常運(yùn)行時(shí)，而不會(huì)出現(xiàn)“5一6”工況。只有在換流器過負(fù)荷或交流電壓過低時(shí)，才可能出現(xiàn)的情況[14]。12脈動(dòng)換流器與6脈動(dòng)換流器的另一個(gè)主要區(qū)別是當(dāng)兩橋之間有耦合電抗存在時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生兩橋在換相時(shí)的相互影響。具有多于兩個(gè)橋的換流器，則可具有更高的脈動(dòng)數(shù)。這在理論上是可以的，但這時(shí)換流變壓器接線要求比12脈波時(shí)復(fù)雜，而且整個(gè)系統(tǒng)的可靠性降低。因此，實(shí)際工程中一般采用這種12脈波的雙橋換流器 [15][16]。 直流輸電系統(tǒng)的基本控制原理 直流輸電系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)，是通過改變線路兩端換流器的觸發(fā)角來實(shí)現(xiàn)的，它能執(zhí)行快速和多種方式的調(diào)節(jié)，不僅能保證直流輸電的各種輸送方式，完善直流輸電系統(tǒng)本身的運(yùn)行特性，而且還能改善兩端交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能。因此，直流輸電的控制調(diào)節(jié)對(duì)整個(gè)交直流系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要的作用。結(jié)合前面的分析。 高壓直流系統(tǒng)等值電路圖圖中，Vdr和Vdi分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的直流電壓； Ldr和Ldi分別表示整流側(cè)和逆變器平波電抗器的電感值；Ld 和Rd分別為二分之一直流線路電感值和電阻值；Cdc為直流輸電線路總的接地電容；Idr和Idi分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的直流電流；Vc為電容上的電壓值；Vdor和Vdoi分別為整流側(cè)和逆變側(cè)的理想空載直流電壓；α為整流器的觸發(fā)延遲角，β為逆變器的觸發(fā)延遲角；Rcr和Rci分別為整流側(cè)和逆變側(cè)的等效換相電阻[17]。 （） Xcr和Xci分別為逆變器的換流電抗[18]。其中，理想空載直流電壓與交流電壓的關(guān)系為: （）式中，B為串聯(lián)換流橋的數(shù)目。 ，可列寫出直流輸電線路的動(dòng)態(tài)方程組為: （）同樣，根據(jù)等值電路圖，利用電路理論得出，整流器和逆變器的直流輸出電壓的表達(dá)式為: （）其中Vdr為整流側(cè)換流變壓器二次側(cè)的線電壓，Vdi為逆變側(cè)換流變壓器二次側(cè)的線電壓。分別代入式 （）到式（）中，可得直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型[19]： （）當(dāng)直流系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)(此時(shí)，對(duì)地電容Cd，可忽略)，直流電流恒定，即:。由式（）可得： （）同時(shí)，整流端的功率為 （）逆變側(cè)的功率為: （） 直流輸電系統(tǒng)的基本控制方式 高壓直流輸電系統(tǒng)是高度可控的，其運(yùn)行依賴于這種可控性的正確應(yīng)用，以保證系統(tǒng)有期望的性能。高壓直流輸電系統(tǒng)采用分層控制方式，目的在于使系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行和保持功率控制的最大靈活性，同時(shí)保證設(shè)備的安全。系統(tǒng)中最底層的控制就是整流器的本地控制(極控制)[20]。 控制的基本原則 ，如圖所示。等值電路電壓分布 HVDC 輸電聯(lián)絡(luò)線高壓直流系統(tǒng)通過控制整流器和逆變器的內(nèi)電勢(shì)來控制線路上任一點(diǎn)的直流電壓以及線路電流(或功率)。具體的說，改變直流電流(或功率)可以從兩個(gè)方面來進(jìn)行調(diào)節(jié)：(1)調(diào)節(jié)整流器的觸發(fā)延遲角α或逆變器的熄弧角γ (越前角聲)，即調(diào)節(jié)加到換流閥控制極的觸發(fā)脈沖相位。采用這種方式調(diào)節(jié)不但調(diào)節(jié)范圍大，而且非常迅速，是直流輸電系統(tǒng)主要的調(diào)節(jié)手段。(2)調(diào)節(jié)換流器的交流電勢(shì)。一般靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁或改變換流變壓器分接頭來實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)速度相對(duì)較慢，是直流輸電系統(tǒng)的輔助調(diào)節(jié)方式。出于以下幾個(gè)目的，必須保持輸電系統(tǒng)送端和受端的功率因數(shù)盡可能的高:1) 在給定變壓器和閥的電流電壓額定值的條件下，使換流器的功率較高；2) 減輕閥上的壓力；3) 減少與直流系統(tǒng)連接的交流系統(tǒng)的損耗；4) 在負(fù)荷增加時(shí)，使交流終端的電壓降最小；5) 減少換流器損耗的無功功率。要得到高功率因數(shù)，必須保持整流器的觸發(fā)延遲角α和逆變器的熄弧角γ盡可能的小。為了確保觸發(fā)前閥上有足夠的電壓，整流器有一個(gè)最小α角限制，約為5176。還必須留一些升高整流器電壓的裕度來控制直流功率潮流。對(duì)于逆變器，必須維持一個(gè)確定的最小熄弧角以避免換相失敗。確保換相完成且有足夠的裕度很重要，這樣可以保證在α=180?；颚?0176。換相電壓反向之前去游離。因?yàn)榧词箵Q相己經(jīng)開始，直流電流和交流電壓仍有可能改變，所以在最小了角限制的基礎(chǔ)上必須有足夠的換相裕度，一般15176。左右[21]。 理想控制特性 為了滿足上述控制的基本原則，應(yīng)該將電壓調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)加以區(qū)別，并將它們分置在不同的換流端。在正常運(yùn)行條件下，整流器運(yùn)行于恒定電流狀態(tài)（CC）以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，逆變器運(yùn)行于恒定熄弧角（CEA）狀態(tài)以維持足夠的換相裕度。[22]。 理想伏安特性，AB、CD線上的點(diǎn)與整流器端測(cè)量的值對(duì)應(yīng)，從而逆變器特性包括了線路上的電壓降。一般換相電阻略大于線路電阻，逆變器的特性直線斜率為負(fù)且較小，如圖中CD線。E點(diǎn)為理想穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，同時(shí)滿足整流器和逆變器的特性。 實(shí)際控制特性整流器通過改變?chǔ)两莵肀３趾愣娏?。但是α角不能小于其最小?αmin )，一旦達(dá)到αmin就不可能再升高電壓，整流器將運(yùn)行在恒觸發(fā)角狀態(tài)。所以，整流器特性曲線實(shí)際上有兩部分。FA部分對(duì)應(yīng)于定觸發(fā)角控制方式，AB段表示正常的定電流控制方式。 實(shí)際穩(wěn)態(tài)伏安特性在實(shí)際的系統(tǒng)中，由于電流調(diào)節(jié)器的增益有限，定電流特性直線可能稍有傾斜，如圖中GH 和AB 所示。在正常電壓下，逆變器的定熄弧角（CEA）特性曲線和整流器特性曲線相交于E。但逆變器的定熄弧角特性線(CD)不會(huì)與降低電壓情況下整流器特性曲線(F′A′B′)相交。所以，整流器電壓的大幅度降低會(huì)引起電流和功率在短時(shí)間內(nèi)下降到零，從而造成系統(tǒng)停運(yùn)。為了避免上述問題，逆變器也必須配置定電流控制器，而且其整定電流值要比整流器定電流控制器的整定電流值小，它們的差值為電流裕度。電流裕度可以確保兩條定電流特性曲線不會(huì)相交。這樣完整的逆變器特性曲線包括兩部分。定熄弧角特性曲線和定電流特性曲線。正常運(yùn)行條件下()，整流器控制直流電流，逆變器控制直流電壓。整流器電壓降低時(shí)，運(yùn)行條件如圖中的E′點(diǎn)所示。此時(shí)逆變器進(jìn)入定電流控制，整流器進(jìn)入定觸發(fā)角控制，建立電壓[23]。除了有上述定電流、定熄弧角基本調(diào)節(jié)方式外，也有定電流和定電壓的方式作為基本調(diào)節(jié)方式。此種方式是用一個(gè)閉環(huán)電壓控制以保持直流線路某點(diǎn)的電壓恒定，來取代調(diào)節(jié)熄弧角到固定值(CEA)。定電壓控制和定γ角控制類似，都是逆變器常見的控制方式。但與定γ角控制相比，定電壓控制方式有利于提高換流站交流電壓的穩(wěn)定性。例如由于某種擾動(dòng)使逆變站交流母線的電壓下降時(shí)，為了保持直流電壓，逆變器的電壓調(diào)節(jié)器將自動(dòng)地減少β角，從而使逆變器的功率因數(shù)提高，消耗的無功功率減小，有利于防止交流電壓進(jìn)一步下降或阻尼電壓的振蕩。如果逆變側(cè)采用定熄弧角調(diào)節(jié)，則當(dāng)交流電壓下降時(shí)，它將增大β角以保持熄弧角不變，因此逆變器的功率因數(shù)下降，消耗的無功功率增大，從而交流電壓進(jìn)一步下降，在某種條件下甚至形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致交流電壓崩潰。定電壓調(diào)節(jié)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在輕負(fù)載(直流電流小于額定值)運(yùn)行時(shí)，由于逆變側(cè)的熄弧角比滿載運(yùn)行時(shí)為大，對(duì)防止換相失敗更為有利[24][25]。3 高壓直流輸電系統(tǒng)仿真 建模與仿真工具M(jìn)ATLAB/Simulink簡(jiǎn)介 Matlab是Math Works公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。Matlab的含義是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境[26]。在這個(gè)環(huán)境下，對(duì)所要求求解的問題，用戶只需要簡(jiǎn)單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其結(jié)果便以數(shù)值或圖形方式顯示出來。Matlab的推出得到了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能更為各個(gè)工程領(lǐng)域提供了分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 Matlab包括被稱作工具箱（Toolbox）的各類應(yīng)用問題的求解工具。隨著Matlab版本的不斷升級(jí)，其所含的工具箱的功能也越來越豐富，因此應(yīng)用范圍也越來越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類設(shè)計(jì)不可或缺的工具。Matlab產(chǎn)品族由以下產(chǎn)品構(gòu)成：①M(fèi)atlab：②Matlab T