基于BPA仿真的高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行與控制特性研究

曹 雷

（廣州南方電力集團(tuán)科技發(fā)展有限公司，廣東廣州510000）

0 引言

電力電子技術(shù)隨著時(shí)代的進(jìn)步，推動了高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展。電網(wǎng)高壓交直流輸電系統(tǒng)的混合使用，與傳統(tǒng)輸電方式存在很大差異，目前仍存在一系列的問題等待我們討論研究。因此，對高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行與控制特性進(jìn)行研究具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 交直流系統(tǒng)建模

以四機(jī)兩區(qū)為例，用BPA仿真軟件[1]搭建一個(gè)交直流混合的模型。交流系統(tǒng)采用次暫態(tài)發(fā)電機(jī)模型、靜態(tài)負(fù)荷模型，兩端直流系統(tǒng)采用詳細(xì)模型、定功率控制，如圖1所示。

圖1 四機(jī)兩區(qū)交直流系統(tǒng)

進(jìn)行潮流計(jì)算，系統(tǒng)的參數(shù)及潮流計(jì)算條件如圖2所示。

圖2 交直流系統(tǒng)潮流分布圖

在已有的潮流方式下（圖2）進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定仿真。每臺電機(jī)均有直流整流子勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。

2 直流系統(tǒng)對交流系統(tǒng)短路電流的影響[2]

在圖1所示的四機(jī)兩區(qū)交直流系統(tǒng)中，對節(jié)點(diǎn)5、6、7、8、9、10和11分別設(shè)置三相短路故障，計(jì)算短路電流；再去掉節(jié)點(diǎn)7和節(jié)點(diǎn)9之間的直流線路，對上述節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三相短路電流計(jì)算，結(jié)果如表1所示。由計(jì)算數(shù)據(jù)對比可知，交流系統(tǒng)在加入直流輸電系統(tǒng)前后，系統(tǒng)在上述短路故障發(fā)生后的短路容量增加不明顯，而短路電流都有小幅度的上升。

3 整流端交流故障對直流系統(tǒng)的影響分析

整流側(cè)交流系統(tǒng)換流母線Bus7發(fā)生三相短路故障，從第10個(gè)周波時(shí)開始，持續(xù)10個(gè)周波即0.2 s，直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)波形如圖3所示。

表1 各個(gè)節(jié)點(diǎn)三相短路電流

由圖可知，故障初期，直流電壓、電流均下降到零，整流端的電流控制器為增大直流電流，不斷減小α1角，直至αmin。整流端轉(zhuǎn)為通過最小α角控制，逆變端轉(zhuǎn)換為定電流控制，通過減小α1增大β到90°來增大直流電流，所以γ角始終保持在較大值，未出現(xiàn)換相失敗。

所以，整流端如果發(fā)生三相故障，換流母線電壓下降到低值，另外直流系統(tǒng)在故障期間只傳輸少量功率甚至中斷功率傳輸，所以沒有出現(xiàn)換相失敗，直流系統(tǒng)很快恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

4 逆變端交流故障對直流系統(tǒng)的影響分析

一般來說，逆變端交流系統(tǒng)故障比整流端故障會對直流系統(tǒng)的運(yùn)行造成更大的影響。

逆變側(cè)交流系統(tǒng)換流母線Bus9發(fā)生三相短路故障，從第10個(gè)周波時(shí)開始，持續(xù)10個(gè)周波，第20個(gè)周波時(shí)故障消失，直流暫態(tài)響應(yīng)特性如圖4所示。

由圖可知，逆變端發(fā)生三相故障時(shí)，換流母線電壓會在一瞬間降到0，所以換相失敗。一直到故障處理完畢后，直流系統(tǒng)才能慢慢恢復(fù)正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

本文使用BPA程序搭建了簡單的交直流混合電網(wǎng)仿真模型，然后圍繞高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行與控制特性展開了研究，考察高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性，得到如下主要結(jié)論：

（1）直流控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需在對交流系統(tǒng)做必要分析后進(jìn)行；

（2）直流輸電系統(tǒng)采取定功率控制方式，不會增加交流系統(tǒng)的短路容量；

圖3 整流側(cè)交流系統(tǒng)三相故障仿真圖注：圖（b）上曲線為整流側(cè)直流電壓，下曲線為逆變側(cè)直流電壓；圖（d）上曲線為逆變端點(diǎn)燃角α1，下曲線為整流端點(diǎn)燃角α2。

圖4 逆變側(cè)Bus9三相短路故障直流動態(tài)響應(yīng)曲線

（3）逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障比整流側(cè)故障更容易導(dǎo)致直流系統(tǒng)換相失敗。