基于BPA仿真的高壓直流輸電系統運行與控制特性研究

曹 雷

（廣州南方電力集團科技發展有限公司，廣東廣州510000）

0 引言

電力電子技術隨著時代的進步，推動了高壓直流輸電技術的發展。電網高壓交直流輸電系統的混合使用，與傳統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運行與控制特性進行研究具有非常重要的理論和現實意義。

1 交直流系統建模

以四機兩區為例，用BPA仿真軟件[1]搭建一個交直流混合的模型。交流系統采用次暫態發電機模型、靜態負荷模型，兩端直流系統采用詳細模型、定功率控制，如圖1所示。

圖1 四機兩區交直流系統

進行潮流計算，系統的參數及潮流計算條件如圖2所示。

圖2 交直流系統潮流分布圖

在已有的潮流方式下（圖2）進行暫態穩定仿真。每臺電機均有直流整流子勵磁機勵磁系統及電力系統穩定器。

2 直流系統對交流系統短路電流的影響[2]

在圖1所示的四機兩區交直流系統中，對節點5、6、7、8、9、10和11分別設置三相短路故障，計算短路電流；再去掉節點7和節點9之間的直流線路，對上述節點進行三相短路電流計算，結果如表1所示。由計算數據對比可知，交流系統在加入直流輸電系統前后，系統在上述短路故障發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的影響分析

整流側交流系統換流母線Bus7發生三相短路故障，從第10個周波時開始，持續10個周波即0.2 s，直流系統暫態響應波形如圖3所示。

表1 各個節點三相短路電流

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。整流端轉為通過最小α角控制，逆變端轉換為定電流控制，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，未出現換相失敗。

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

4 逆變端交流故障對直流系統的影響分析

一般來說，逆變端交流系統故障比整流端故障會對直流系統的運行造成更大的影響。

逆變側交流系統換流母線Bus9發生三相短路故障，從第10個周波時開始，持續10個周波，第20個周波時故障消失，直流暫態響應特性如圖4所示。

由圖可知，逆變端發生三相故障時，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，直流系統才能慢慢恢復正常運行。

5 結論

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

（1）直流控制系統的設計需在對交流系統做必要分析后進行；

（2）直流輸電系統采取定功率控制方式，不會增加交流系統的短路容量；

圖3 整流側交流系統三相故障仿真圖注：圖（b）上曲線為整流側直流電壓，下曲線為逆變側直流電壓；圖（d）上曲線為逆變端點燃角α1，下曲線為整流端點燃角α2。

圖4 逆變側Bus9三相短路故障直流動態響應曲線

（3）逆變側交流系統故障比整流側故障更容易導致直流系統換相失敗。