【正文】 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要向一直支持、關(guān)心、默默奉獻的家人表示感謝，謝謝你們 ! 32 30 參 考 文 獻 [1]趙畹君 .高壓直流輸電工程技術(shù) .中國電力出版社， 2020 [2]李興源 .高壓直流輸電系統(tǒng)的運行與控制 .科學(xué)技術(shù)出版社 ,2020 [3]浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組 .直流輸電 .北京：電力工業(yè)出版社， 1982 [4]張德豐 .MATLAB/Simulink建模與仿真實例精講 .機械工業(yè)出版社， 2020 [5]王中鮮 .MATLAB建模與仿真應(yīng)用 .機械工業(yè)出版社， 2020 [6]洪乃剛 .電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真 .機械工業(yè)出版社， 2020 [7]林永生，胡良珍，嚴朗威編著 .高壓 直流輸電。在此，我還要感謝那些在本次設(shè)計完成過程當(dāng)中給予我無私幫助的那些同學(xué)們。再提出了一種采用新型換流變壓器及感應(yīng)濾波方式的新型直流輸電系統(tǒng)，對于新系統(tǒng)采用整流側(cè)定直流電流、逆變側(cè)定直流電壓的控制方式，分別設(shè)計了常規(guī)的固定參數(shù) PID 控制器及變參數(shù) PID 控制器，并對分別采用兩種控制方式的新型直流輸電模擬系統(tǒng)進行對比仿真實驗，結(jié)果表明，變參數(shù) PID 控制器較之傳統(tǒng)的固定參數(shù) PID 控制器，具有更為優(yōu)良的控制效果，當(dāng)工作條件發(fā)生大幅度變化時，固定參數(shù) PID 控制器難以調(diào)整，達到穩(wěn)態(tài)的時間過長，而變 參數(shù) PID 控制能做到較穩(wěn)定的控制，且魯棒性較好。圖 、 分別給出了新型直流輸電系統(tǒng)采用固定參數(shù) PID 控制器及變參數(shù) PID 控制器的直流側(cè)電壓與電流的響應(yīng)曲線，對比可知，采用 VAPID 控制器的新型直流輸電系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)效果明顯優(yōu)于采用固定參數(shù) PID 控制器的系統(tǒng)，且由暫態(tài)進入穩(wěn)態(tài)的時間更短。 時兩個變換器均關(guān)斷，控制器控制狀態(tài)為 0。 時，觸發(fā)關(guān)斷信號，使得電流斜線下降到 .。 時，參考電流出現(xiàn) 。附近。以角度表示的第一個觸發(fā)延遲角、逆變器控制狀態(tài)、熄弧角參考值和最小熄弧角。 仿真時，首先使系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)，之后對參考電流和參考電壓進行一系列動作，見表 . 表 系統(tǒng)控制參數(shù)隨時間變化表 序號 時刻 /s 動作 1 0 電壓參考值為 2 變換器導(dǎo)通，電流增大到最小穩(wěn)態(tài)電流參 考值 3 電流按指定的斜率增多到設(shè)定值 4 參考電流下降 5 參考電流恢復(fù)到設(shè)定值 6 參考電壓由 7 參考電壓恢復(fù)到 8 變換器關(guān)斷 9 強迫設(shè)置觸發(fā)延遲角到指定值 10 關(guān)斷變換器 設(shè)置好各子系統(tǒng)的參數(shù)后，即可開始仿真。 圖 高壓直流輸電控制系統(tǒng)建模 國際大電網(wǎng)會議 (CIGRE)直流輸電標準測試系統(tǒng)（ CIGRE HVDC Benchmark Model）32 21 是用于直流輸電（ HVDC）控制研究的標準系統(tǒng)，便于用各種仿真程序或仿真 器在相似的電路模型上進行不同的直流控制設(shè)備和控制策略性能的比較研究，其直流系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，但運行條件比較困難。 表 整流器（ 345kV） 逆變器（ 230kV） R3= L11= L11= L3= L3= C11= C11= C3= C3= 原來提出的電纜結(jié)構(gòu)的電容大，于線路電感和平波電抗器連接后，將出現(xiàn)接近于基頻的串聯(lián)諧振。 新的交流濾波器的每個支路如圖 所示。其主要目的是便于用各種計算機程序和仿真器在相似的主電路模型基礎(chǔ)上，進行不同的直流控制設(shè)備和控制策略性能的比較研究。Simulink 是基于 Matlab 的框圖設(shè)計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對任何能用數(shù)學(xué)來描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、船舶及汽車等 ，其中包括了連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等。 Matlab 的推出得到了各個領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)32 19 注，其強大的擴展功能更為各個工程領(lǐng)域提供了分析和設(shè)計的基礎(chǔ)。 圖 單極大地回流直流輸電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（正極） 建模與仿真工具 MATLAB/Simulink 簡介 Matlab 是 Math Works 公司于 1982 年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化數(shù)學(xué)軟件，被譽為“巨人肩上的工具”。因此，總的來說一個兩端直流輸電工程，除了換流站以及直流輸電線路外，還需要有滿足運行要求的控制保護系統(tǒng)，另外為了提高直流輸電運行的可靠性和 靈活性，還需要有接地極線以及接地極引線。整流站和逆變站的主接線和一次設(shè)備基本相同，但是控制和保護系統(tǒng)的功能不同。 32 18 3 高壓直流輸電系統(tǒng)仿真建模 （正極） 直流輸電工程可分為兩端直流輸電系統(tǒng)和多端直流輸電系統(tǒng)兩大類?；颚?=0176。 。一般靠調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁或改變換流變壓器分接頭來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)速度相對較慢，是直流輸電系統(tǒng)的輔助調(diào)節(jié)方式。 (a)等值電路 32 17 (b)電壓分布 圖 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)電勢來控 制線路上任一點的直流電壓以及線路電流 (或功率 )。 圖 值電路圖 高壓直流輸電系統(tǒng)是高度可控的，其運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。 1 次的諧彼，因為每個這種次數(shù)的諧波在它的兩個閥側(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)。交流電流中僅含 12k177。其直流電壓為兩個換相電壓相差 30186。在每一個工頻周期內(nèi)有 12 個換流閥輪流導(dǎo)通。的換相電壓。逆變器的等效電路如圖 所示。 (4)整流輸出電壓 Vd 一周脈動 6 次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為 6 脈動整流電路。；共陰極組從 V V V5 的脈沖依次差 120176。 32 13 表 單橋整流器等值電流閥工作情況 時段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 共陰極組中導(dǎo)通的閥 V1 V1 V3 V3 V5 V5 共陽極組中導(dǎo)通的閥 V6 V2 V2 V4 V4 V6 整流輸出電壓 Vd eaeb=eab eaec=eac ebec=ebc ebea=eba ecea=eca eceb=ecb 整流器的輸入、輸出波形如圖 所示。因此，以上基本概念對人們分析換流器的正常工況和故障工況都是很有用的。②換流閥的導(dǎo)通條件是陽極對陰極為正電壓和控制極對陰極加能量足夠的正向觸發(fā)脈沖兩個條件，必須同時具備，缺一不可。 )的等相位間隔依次輪流觸發(fā)導(dǎo)通。 (2)交流電網(wǎng)的阻抗是對稱的，而且換流變壓器的激磁導(dǎo)納忽略不計。 換流器的基本電路 換流電路有多種可選擇的結(jié)構(gòu)，為保證閥截止時閥上的反向峰值電壓較低，更充分地利用換流變壓器，高壓直流換流器采用三相全波橋式電路為基本模塊，即 6 脈動換流電路。換流器是實現(xiàn)這種交直流變換的主要設(shè)備，是直流輸電系統(tǒng)中的重要組成部分。 (8)交流斷路器。 (7)直流輸電線路。 (6)電極。因此，必須在換流器附近提供無功電源。單橋時吸收 6n 次諧波，雙橋時吸收 12n 次諧波。對單橋用交流濾波器吸收 6n177。 (4)諧波濾波器。它們完成交 直流和直一交流轉(zhuǎn)換。下面分別介紹如下： 圖 兩端高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備 圖 中主要設(shè)備如下： (1)換流變壓器。背靠背 HVDC 系統(tǒng)可根據(jù)互聯(lián)32 9 的目的和要求的可靠性而設(shè)計成單極或雙極運行。背靠背直流輸電系統(tǒng)的主要特點是直流側(cè)可以選擇低電壓大電流，可充分利用大截面晶閘管的通流能力，同時直流側(cè)設(shè)備也因直流電壓低而使其造價也相應(yīng)降低。這種方式是在整流側(cè)或逆變側(cè)任一端接地，當(dāng)一極發(fā)生故障時，能用健全極繼續(xù)輸送功率，同時避免了利用大地或海水作為回路的缺點。當(dāng)一線路故障切除后，可以利用健全極和大地作為回路， 維持單極運行方式。 圖 （ c）雙導(dǎo) 線并聯(lián)大地回線方式接線圖 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4直流輸電線路； 5接地極系統(tǒng)； 6兩端交流系統(tǒng) 雙極線路方式有兩根不同極性的導(dǎo)線，即一正一負。這種方式避免了電流從大地或海水中流過，又把某一導(dǎo)線的電位鉗位到零。 （ 1）單極大地回線方式 單極連接是用一根架空導(dǎo)線或電 纜線，以大地或海水作為返回線路組成直流輸電系統(tǒng)。 32 6 2 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理 高壓直流系統(tǒng)接線方式 直流輸電系統(tǒng)的接線大致可分為三種方式 :單極連接，雙極連接和背靠背接線方式。 4)現(xiàn)有交流輸電線路的增容改造。 l)遠距離大功率輸電。為減少流入交流系統(tǒng)的諧波電流，保證換流站交流母線電壓的畸變率在允許的范圍內(nèi)，必須裝設(shè)交流濾波器。直流輸電與交流輸電相比，也有如下缺點： 1）直流輸電換流站比交流變電站的設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、損耗大、運行費用高、可靠性也較差。此外，當(dāng)直流線路發(fā)生短路故障時，同樣也可以通過整流器的調(diào)節(jié)來限制短路電流。 第五，限制系統(tǒng)的短路電流。在電力系統(tǒng)中的所有發(fā)電機都要保持同步運行。高壓交流輸電線路單位長度的分布 電容較大，為避免輸電線過負荷，其輸送的交流容量遠低于自然功率。當(dāng)用大地或海水作回路時，僅需一根導(dǎo)線，架空線的桿塔載荷小，線路所需走廊較窄。但是隨著高電壓、大容量晶閘管制造水平的提高及控制理論和技術(shù)的發(fā)展，直流輸電技術(shù)越來越被受到重視。隨著我國各大區(qū)電力系統(tǒng)的發(fā)展 ，高壓直流輸電在形成全國互聯(lián)統(tǒng)一網(wǎng)中的優(yōu)越性將日益突出。南方電網(wǎng)以它為系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線，形成了我國第一個高壓 大容量交直流并聯(lián)運行電力系統(tǒng)。 500kV，傳輸功率 1200MW，輸送距離約 1045km 的高壓直流輸電線路是我國當(dāng)時規(guī)模最大的直流工程。 1977 年，在上海建成并投運了我國第一條 31kV， ，地下電纜長 的直流輸電試驗線路。 1972 年晶閘管閥換流器第一次在工程中應(yīng)用，取代了汞弧閥，使直流輸電技術(shù)提高了一大步。 1954 年瑞典建成世界上第一條工業(yè)直流輸電線路，標志著直流輸電進入實用階段。它與交流輸電相互配合，構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。直流輸電技術(shù)在我國西電東輸以及電力系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)工程中將會起到重要的作用。特別是在 20世紀 80 年代以后，大功率電力電