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高压直流输电系统

描述

基于电网换相换流器的高压直流(Line commutated converter high voltage direct current, LCC-HVDC)输电系统具有输送功率大、技术成熟等优点,近年来在电力系统中发挥越来越大的作用。

CloudPSS提供了国际大电网组织提供的LCC-HVDC标准测试系统。在标准测试系统上,CloudPSS进一步提供了单极12脉动、单极双12脉动、双极12脉动、双极双12脉动四种LCC-HVDC仿真模型,用户可根据需要进行选取。现以单极单12脉动为例进行仿真模型的介绍。单极双12脉动、双极12脉动与双极双12脉动的电气与控制系统类似,此处介绍从略。

模型介绍

单极12脉动LCC-HVDC模型如图所示,其中每个6脉波桥换流器与对应的换流变压器进行连接,进一步与交流侧母线连接。交流母线上,并联有交流滤波器组与电容器组,电容器组主要用于交流侧的无功补偿;滤波器组用于滤除交流测的谐波,同时也具有一定的无功补偿的作用。整流侧与逆变侧通过直流线路相连接。

电气系统
电气系统

在直流系统的控制系统模型中,整流侧采用定电流控制,逆变侧一般情况下采用定熄弧角控制,并配有低压限流保护环节,如下图所示。

控制系统
控制系统

仿真

设定合适的仿真步长(10μs或20μs),对LCC-HVDC系统进行电磁暂态仿真。

仿真1:稳态运行测试

运行标签页的电磁暂态仿真方案中设置算例的起止时间及积分步长等基本信息。点击启动任务,即可得到仿真结果。算例中已输出整流侧与逆变侧的直流电压、直流电流和触发角波形,用户可根据实际需求自行设置输出波形。通过仿真结果我们可以看到直流系统快速进入稳态运行状态。

稳态计算结果-直流电压
稳态计算结果-直流电压
稳态计算结果-直流电流
稳态计算结果-直流电流
稳态计算结果-触发角(弧度)
稳态计算结果-触发角(弧度)

仿真2:换相失败故障测试

换相失败故障是LCC-HVDC中最为常见的故障类型。在逆变侧交流母线上设置三相短路故障,并在运行标签页的参数方案列表中设置故障起止时间,该交流故障可以引起直流系统发生换相失败故障。仿真结果如下图所示。

暂态计算结果-直流电压
暂态计算结果-直流电压
暂态计算结果-直流电流
暂态计算结果-直流电流

通过量测逆变侧六脉动换流桥元件的晶闸管电流,还可绘制详细的桥内部6个晶闸管的电流。

暂态计算结果-晶闸管电流
暂态计算结果-晶闸管电流