第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
Matlab中的电力系统仿真方法
Matlab中的电力系统仿真方法引言：随着电力系统的迅速发展和复杂性增加，电力系统仿真成为电力工程研究和设计的重要工具。
Matlab作为一种强大的数学计算工具，为电力系统仿真提供了丰富的功能和灵活性。
本文将探讨在Matlab中进行电力系统仿真的方法和技术，以及如何利用Matlab解决电力系统设计和优化的问题。
一、概述电力系统仿真是一种模拟电力系统运行和行为的技术，能够帮助分析和解决电力系统中的各种问题。
Matlab在电力系统仿真中具有广泛的应用，提供了强大的建模和计算功能。
利用Matlab进行电力系统仿真可以有效地模拟电力系统的运行和优化算法的性能，为电力系统的设计和运行提供重要参考。
二、电力系统建模在进行电力系统仿真之前，需要对电力系统进行准确的建模。
Matlab提供了各种建模工具和函数，可以用于描述电力系统中的各种元件和拓扑结构。
例如，可以使用Matlab的电路元件库模型化发电机、变压器、线路和负荷等元件，并使用节点和支路等数据结构描述电力系统的拓扑。
同时，Matlab还提供了用于构建电力系统模型的函数和工具箱，如Power System Toolbox和Simulink Power System Blockset。
这些工具提供了模型建立、参数设定和仿真运行等功能，方便用户创建和分析电力系统模型。
三、电力系统仿真技术1. 静态潮流计算静态潮流计算是电力系统仿真中常用的一种方法，用于研究电力系统的潮流分布和电压稳定性等问题。
Matlab提供了多种求解潮流计算的方法，例如基于牛顿-拉夫逊法的Power Flow Toolbox和基于改进迭代法的Fast-Decoupled Power Flow。
这些方法可以通过Matlab编程实现，计算电力系统中各节点的电压、相角和功率等参数。
利用这些计算结果，可以评估电力系统的稳定性、检测潮流拥挤和进行电力负荷分析等。
2. 动态稳定分析动态稳定分析是研究电力系统在暂态和稳态过程中的稳定性问题。
matlab电气仿真实例
matlab电气仿真实例MATLAB电气仿真实例在本文中，我们将探讨MATLAB在电气仿真领域中的应用。
通过一个具体的实例，我们将展示如何使用MATLAB进行电气系统的建模、分析和仿真。
1. 引言电气系统的建模和仿真对于设计和分析电路、控制系统、电力系统等具有重要意义。
传统的电气仿真方法需要手动编写大量的数学方程，并且计算过程繁琐。
而MATLAB提供了一种快速、简便且高效的方式来实现电气仿真。
2. 问题描述假设我们有一个简化的直流电机系统。
系统包括一个直流电机、一个电阻和一个电压源。
我们想要分析在给定电压下电机的转速以及电机周围的电压和电流的变化情况。
3. 建立电气系统模型首先，我们需要建立电气系统的数学模型。
在本例中，我们使用电路定律（基尔霍夫定律和欧姆定律）来建立模型。
根据基尔霍夫定律，我们可以得到电路的电流方程：I = \frac{V}{R}其中，I是电流，V是电压，R是电阻。
根据欧姆定律，我们可以得到电机的速度与电压之间的关系：\omega = \frac{V}{K}其中，ω是电机的角速度，V是电压，K是电机的转速常数。
基于这些方程，我们可以进一步建立系统的状态空间模型：\begin{bmatrix} \dot{\omega} \\ \dot{I} \end{bmatrix} =\begin{bmatrix} 0 & \frac{-1}{K} \\ 0 & \frac{-1}{R}\end{bmatrix} \begin{bmatrix} \omega \\ I \end{bmatrix} +\begin{bmatrix} \frac{1}{K} \\ 0 \end{bmatrix} V其中，\dot{\omega}和\dot{I}分别表示电机速度和电流的导数。
4. MATLAB仿真现在我们可以使用MATLAB进行仿真了。
首先，我们需要定义系统的参数和初始条件。
例如，我们可以选择电压源电压为12V，电阻为1Ω，转速常数为10。
第八章MATLAB在无功补偿的仿真实例
3. 静电电容器 (FC，Fixed Capacitor)
并联电容器的补偿原理是产生超前电流来补偿负
载产生的滞后电流。供给的无功功率QC值与所在节点
电压的平方成正比，即
QC=U 2/XC
• 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用， 又可分散安装。且投资费用较小，运行时功率损耗亦较小， 维护也较方便。
一、无功功率损耗
1．变压器的无功损耗
QLT
Q0
QT
U 2BT
S U
2
XT
I0% 100
SN
Uk %S 2 100SN
UN U
2
假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压Uk%=10.5，
在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13% 。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无 功功率损耗的数值是相当可观的。
SVC的无功功率输出 （单位p．u．），正 值为感性
图8-14 SVC模块功率数据参数设置对话框
图8-15 SVC模块控制参数设置对话框
图8-16 SVC控制系统框图
图8-17 具有并联补偿设备的简单系统
8.2.3 SVC系统的仿真模拟
1)0~0.2s时电压源幅值为1.0p.u.。 2)0.2~0.5s时电压源幅值为0.94p.u.。 3)0.5~0.8s时电压源幅值为1.06p.u.。 4)0.5~1.0s时电压源幅值为1.0p.u。
8.2.1 8.2.2 8.2.3
SVC的基本结构与工作原理 Simulink中的SVC模块介绍 SVC系统的仿真模拟
图8-11 SVC原理图
8.2.2 Simulink中的SVC模块介绍
1. SVC模块的基本功能 2. SVC模块的控制系统
高压直流输电系统的matlab仿真
目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.1.1国外的研究现状 (1)1.1.2国内的发展现状 (1)1.2课题设计目标 (1)1.2.1经济性 (1)1.2.2互联性 (1)1.2.3控制性 (2)1.3高压直流输电的缺点 (2)2高压直流输电控制基本原理 (3)2.1高压直流输电控制系统分层结构 (3)2.2高压直流输电控制原理 (4)2.3高压直流输电控制方式 (5)2.3.1换流器触发控制 (5)2.3.2换流变压器控制 (5)2.4高压直流输电控制系统基本组成 (5)2.4.1换流器触发控制基本组成 (5)2.4.2换流变压器分接头控制基本组成 (6)3高压直流输电基本构成和工作原理 (7)3.1直流输电系统的构成方式 (7)3.1.1单极系统 (7)3.1.2双极系统 (8)3.1.3背靠背直流系统 (9)3.2高压直流输电的基本结构与工作原理 (9)3.2.1高压直流输电的基本结构与工作原理 (9)3.2.2基于晶闸管的12脉动换流单元 (10)4高压直流输电仿真模型的建立与结果分析 (12)4.1高压直流输电仿真模型的建立 (12)4.1.1线路的参数 (12)4.1.2整流环节简介 (13)4.1.3逆变环节简介 (13)4.1.4滤波器子系统简介 (13)4.2仿真结果分析 (14)4.2.1稳态系统波形 (14)4.2.2 HDVC系统直流线路故障 (15)4.2.3 HDVC系统交流侧故障 (17)5结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)ContentsAbstract (II)1 Introduction (1)1.1 Background and significance (1)1.1.1 Foreign research (1)1.1.2 Domestic research (1)1.2 Advantages of HDVC (1)1.2.1 Economy (1)1.2.2 Connection (1)1.2.3 Control (1)1.3 Short of HDVC (2)2 Basic principle of HDVC control system (3)2.1 Hierarchical structure (3)2.2 Principle of HDVC control system (4)2.3 Methods of HDVC control (5)2.3.1 Converter trigger (5)2.3.2 Converter transformer (5)2.4Constitute of HDVC control system (5)2.4.1 Consititute of converter trigger (5)2.4.2 Consititute of converter transformer (6)3 Operational principle of HDVC system (7)3.1 Consititute of HDVC system (7)3.1.1 System of single-pole (7)3.1.2 System of double-pole (8)3.1.3 System of back-to-back (9)3.2Operational principle of HDVC system (9)3.2.1Operational principle of HDVC system (9)3.2.2 12 pulsation commutation units based on thyristor (10)4Foundation and analysis of simulation model (12)4.1 Foundation of simulation model (12)4.1.1 Parameter in lines (12)4.1.2 Rectifier (13)4.1.3 Inverter (13)4.1.4 Filter (13)4.2 Analysis of simulation model (14)4.2.1 Waveform of steady state system (14)4.2.2 Waveform of DC line fault (15)4.2.3 Waveform of AC line fault (17)5 Conclusion (19)Reference documentation (20)Appreciation (21)高压直流输电系统的MATLAB仿真摘要：HVDC就是高压直流输电的缩写，不同于传统的交流输电，采用高压直流输电具有许多交流输电不具备的特性。
基于MATLAB／Simulink的高压直流输电系统仿真研究
西 安 变遥 大 学 电 气工程 学 院 ． 西 西 安 燕 ７ Ｏ ４ ； 西 安高 压 电器 究所 ， 西 百 安 ＩＯ ． ２ ９ 陕 ７ ０７ ） １０ ７
摘 要 ：讨论 ＭＡ Ｌ ／ ｉ ｌ ｋ环 境下 电力 系 统 元件 模 型 建立 原 理 和 电 网 网络 方 程 求 解 方 法 ，介 绍 其 内 集 Ｔ ＡＢ Ｓｍｕｎ ｉ 成 电 力 系统 工 具 的 特 点 和 功能 。 用 这种 方 法 对 一 十 典 型 １ ２脉 冲桥 高 压 直 流 （ ￣Ｉ ）输 电 系统 交 直流 侧 １ ） ４ Ｃ 发 生故 障及 清除 过 程 的 仿 真 计算 结 果表 明 ，该 方 法能 较 准确 地 考 察 暂 态 过 程 中 高压 直 流 输 电 系 统 的 动 态
一
】 状 空 模 Ｌ ‘ 态 间 型
＿ Ｊ ： Ｌ 圃
：黜 ＿ － ｊ
个 典 型 ｌ 脉 冲 桥 ＨＶＤＣ 输 电 系 统 进 行 了 暂 稳 态 ２
故 障 情 况 下 系 统 的性 能 。
１ 仿 真原 理
电 力 系 统 暂 稳 态 仿 真 主 要 研 究 电 力 系统 网络 元
件 模 型 的 建 立 及 数 值 方 程 的 求 解 ， 目前 已 开 发 出 的
主 要 仿 真 方 法 有 状 态 变 量 法 、 节 点 分 析 法 及 修 正 节 点 分 析 法 等 。 些 方 法 已用 于 开 发 不 同 的 仿 真 软 件 ， 这 如 适 用 于 电 磁 暂 态 仿 真 的 ＥＭＴ 程 序 Ｐ （ 于 固定 时 基
Ｅ ＭＴ Ｐ很 适 台 没 有 换 流 器 的 大 型 电 力 网 络 ； Ｓ Ｉ Ｅ 而 ＰＣ
基于MATLAB的高压直流输电系统的仿真
尹晓钢
（山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018）
摘要：高压直流输电（HVDC）是具有传输过程中电能损耗量相对较少、电力线路造价成本低、传输稳定性好等优势的利用长距离线路进行大容量输电的一种输电技术。这种输电技术一般被应用在海底电缆输电以及长距离的大容量输电等领域。本篇论文对HVDC（高压直流输电）系统的概况以及基本结构做了比较系统的论述，并且利用MATLAB仿真软件中的Simulink模块库对HVDC系统进行了建模和系统仿真分析。利用仿真所得到的实验结果我们能够比较准确地观察HVDC系统的动态变化特性。
Keywords:HVDC system; MATLAB simulation; Simulink module library
1
1.1
电能是我们在日常生产生活之中必不可少的能源之一。在最开始的阶段我们使用的输电方式是直流输电，但随着时间的推移直流输电已经不能够满足人们对供电的需求，因此出现了交流输电。但是到了如今的世界，交流输电又暴露出了许多缺陷，于是直流输电又重新进入了人们的视野。
当前，电力电子技术正处于快速发展阶段，大功率可控硅材料的价格降低、稳定性提高，直流输电技术不断改善，电力系统之中肯定会更多的用到直流输电技术。直流输电技术的进步与众多科学技术的发展是紧密相关的，目前出现了一些新式的发电技术---太阳能电池发电、燃料电池发电、磁流体发电等，这些发电方式产生的电能都是直流电，因此要通过直流输电的方式进行传输，然后通过逆变器逆变后进入交流系统。在今后的输电过程中一定是直流、交流混合的方式。
第8章MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
作用
Voltage Regulator
电压调节，计算触发角
Gamma Regulator
计算熄弧角
Current Regulator
电流调节，计算触发角
Voltage Dependent Current Ord 根据直流电压值改变参考电
er Limiter
流值
Low AC Voltage Detection
A
A
A
B
B
B
C
C
C
phi = 80 deg. 3rd harm.
aA bB cC Brect
A
+
B
C
-
Rectifier
AC filters 50 Hz
600 Mvar
0.5 H
Rectifier Control and Protection
? More info
Read the Model properties for initialisation details
图8-5 滤波器子系统结构
图8-6 直流系统调节特性
8.1.4 HVDC系统的起停和阶跃响应仿 真
1)晶闸管在0.02s时导通，电流开始增大，在0.3s时达到最小稳 态参考值0.1p.u.，同时直流线路开始充电，使得直流电压为1.0 p.u.，整流器和逆变器均为电流控制状态。 2)在0.4s时，参考电流从0.1p.u.斜线上升到1.0p.u.(2 kA), 0.58s时 直流电流到达稳定值，整流器为电流控制状态，逆变器为电压 控制状态，直流侧电压维持在1p.u.(500kV)。 3)在0.7s时，参考电流出现-0.2p.u.的变化，在0.8s时恢复到设定 值。 4)在1.0s时，参考电压出现-0.1p.u.的偏移，在1.1s时恢复到设定 值。 5)在1.4s时，触发信号关断，使得电流斜线下降到0.1p.u.。
基于MATLAB的高压直流系统直流线路故障仿真分析
１ 引 言
高压直流 输电具有很 多优 点，首先可 以应用在 电能传
２ Ｈ ＶＤ Ｃ系统 的基本 结 构和 工作 原 理
Ｈ Ｖ Ｄ Ｃ 系统的基本结构如图１ 所示，主要包括换流站、直 流输 电线路 、电抗器、交流滤波器 、变压器 以及无功补偿
装置等部分 。
输距离较远 的地方 ，还能够对有功功率进行调节 以适应负 荷 的需求 ，因此 能够在世界各 国地 区迅速流行起来 ，在功
的稳 态性 能和动 态调控 能 力明显增 强，所 以系统 的控 制方 式是 否合理会 直接 影响到 电力 系统的动 态响应特性 。本 文对 Ｈ Ｖ ＤＣ系统的基本结构、运行原理等 方面进行详细介绍 ，并对ＨＶ ＤＣ系统进行仿 真研 究，分析 系统的稳 态、动 态特性。响应
率较高相距较远 的领域 以及海底下 电缆输送 电能等运用十 分常见 ，其主要优 点表现在 以下几个方面 ［ １ ］ ：
（ １ ）由于 直流线路上 电压处处相等 ，所 以电容在 直
流线 路上 可 以忽略其 作用 ，而对 于交 流相 同时 ， 由于 电 容 的作用 ，线路 上 电压值 变得不 尽相 同 ，所 以在 交流输 电系统 中需要装 设 的 电抗 器在直 流 系统 中则不再 需要 ， 大大降低 了成本 。
—
—
￣ －Ｕ￣ ２
（ １ ）
ｌ １ ）
相联 网 ，将 巨大 的系 统分割 成相对 独立 的小 的系 统，不 但可 以有效 减少 短路是 系统 的容量 值 ，还可 使得整 个 电 力系统的运行稳定性得到 了大幅度 提升＿ ２ ］ 。 （ ４ ）对 于直流输 电而言 ，能够对 系统潮流进 行有效
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｏ Ｎ Ｉ Ｃ Ｓ ＷＯ Ｒ Ｌ Ｄ・ 技术 交流
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
（2）换流器C1、C2，由晶闸管组成，用作整流和逆变，实现交流电 与直流电之间的转换。换流器一般采用三相桥式（有单、双桥两类） 线路，每桥有6个桥臂（即6脉冲换流器），如天生桥—广州±500 kV HVDC系统晶闸管块的额定电压为8KV，用78个块串联组成阀体。
+
i -
idR
-KA->pu
Id_R
4 +
5 -
1 Py
1 Ay
2 By
3 Cy
g +
A
B -
C
Bridge Y
2 Pd
4 Ad
5 Bd
6 Cd
g +
A
B -
C
Bridge D
7 pos
8 neg
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
3. 逆变环节简介 “逆变环节”（Inverter）子系统结构和“整流环
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
8.1 高压直流输电系统的仿真实例 8.1.1 HVDC系统的基本结构与工作原理
HVDC系统由换流站和直流线路组成。根据直流导线的正 负极性，HVDC分为单极系统、双极系统和同极系统。单 极大地回流直流输电系统的基本结构如图8-1所示，主要 组成设备有：
（4）无功补偿装置，换流器在运行时需要从交流系统吸引大量无功 功率，在稳态时吸收的无功功率约为直流线路输送有功功率的50%， 因此，在换流器附近应有无功补偿装置为其提供无功电源。通常由静 电电容器（包括滤波器电容器）、静止无功补偿器供给。
（5）直流平波电抗器，减小直流电压、电流的波动，受扰时抑制直 流电流的上升速度。
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
A B C A B C
EM: 500kV, 50 Hz 5000 MVA equivalent
A
A
A
B
B
B
C
C
C
phi = 80 deg. 3rd harm.
aA bB cC Brect
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例 8.1.3 HVDC系统的调节特性
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
VdL (pu)
Id Idref lim(pu)
8.1.4 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真
Id Idref lim(pu) VdL Vdref (pu)
节”子系统结构相似。逆变器的控制和保护由 “逆变器控制和保护”（Inverter Control and Protection）子系统。
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
A
+
B
-
Rectifier
AC filters 50 Hz
600 Mvar
0.5 H
Rectifier Control and Protection
DC line 300 km DC Fault
Master Control Master Control
0.5 H
+
A
Aa
B
Bb
-
C
Cc
Inverter
Read the Model properties for initialisation details
Open this block to visualize
recorded signals
Data Acquisition
HVDC 12-pulse Transmission System 1000 MW (500kV-2kA) 50 Hz
alphaord (deg)
Control Mode
1.5
1
0.5
0
-0.5
0
Binv
AC filters 50 Hz
600 Mvar
Inverter Control and Protection
EN: 345kV, 50 Hz, 10,000 MVA equivalent
A
A
A
B
B
B
C
C
C
phi = 80 deg. 3rd harm. A-G Fault
? More info
Discrete, Ts = 5e-005 s.
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
2. 整流环节简介
[Pu l se sY_ R]
[Pu l se sD_ R]
a2
1
A
b2
A
c2
2
B
a3
B
b3
3
C
c3
C
1200 MVA
Py
Pd
pos
Ay
By
Cy
Ad
Bd
neg
Cd
Re cti fi e r
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
8.1.2 HVDC系统的仿真模型描述 根据图8-1中直流输电系统的基本结构图以及参考
MATLAB的例程power_hvdc12pulse，本节建立了一 个单极12脉冲的HVDC仿真模型，如图8-2所示。 在图8-2的仿真模型中，通过1000MW（500kV， 2kA）的直流输电线路从一个500 kV、5000MVA、 50 Hz 的电力系统 向另一个345 kV、10000 MVA 、 50 Hz的电力系统 输送电力。整流桥和逆变桥均由 两个通用6脉冲桥搭建而成。交流滤波器直接接在 交流母线上，它包括11次、13次和更高次谐波等 单调支路，总共提供600Mvar的容量。
（3）滤波器，交流侧滤波器一般装在换流变压器的交流侧母线上。 对单桥用单调谐滤波器吸收5 、7 、11次( 次) 谐波，用高通滤波器吸 收高次谐波；对双桥用11 、13次( 次) 谐波滤波器及高通滤波器。直流 侧滤波器一般装在直流线路两端，用有源滤波器广频谱消除谐波，单 桥时吸收 次谐波，双桥时吸收 次谐波。
1.5 1
0.5
0
-0.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
1.5 1
0.5
0
-0.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
200
100
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
6
4
2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
t/s
gamma