新型高压直流输电系统仿真研究课件
高压直流输电完美版PPT资料
直流电与交流电的对比
输送相同功率时，直流输电所用线材仅 为交流输电的2／3～l／2。
直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与 采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同 和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也 可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约 1／3．
设两线制直流输电线路输送功率为Pd，则Pd=2UdId； 设三线制三相交流输电线路所输送的功率为Pa，
Pa 3UaIacos
对于超高压线路，功率因数一般较高，可取为 0．945．设直流输电电压等于交流输电电压的 最大值，即Ud= Ua，且Id=Ia，则：
Pd 2 2Ua Ia 1 Pa 3Ua Ia 0.945
在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流
产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗
在一些特殊场合，必须用电缆输电．例如 高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输 电线经过海峡时，要用海底电缆．由于电缆芯 线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输 线路中，空载电容电流极为可观．一条200kV 的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需 供给充电功率约3×103kW，在每千米输电线路 上，每年就要耗电2.6×107kW·h．而在直流输 电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电 流加在电缆上．
100V．随着直流发电机制造技术的提高，到1885年，直流输电电压已提高到6000V．但要进一步提高大功率直流发电机的额定电压，存
在着绝缘等一系列压技，术困使难．得由于输不电能直距接给离直受流电到升压极，大使得的输电限距制离受，到极不大能的限满制，足不输能满送足输容送量容量增增长长和和输电输距离电增加的 要大求陆． 送电或互联并距网离．舟增山直加流输的电要工程求就属．于这一类．
PSCAD教程08-应用PSCAD进行直流输电系统仿真研究
应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
多实例化组件(MIM)技术
PSCAD X4之前所有版本中的组件(module)缺乏多实例化能 力，即一个组件定义只能有一个实例。X4版本通过完全重 新设计PSCAD的程序结构，使其成为更朝向以数据为中心 的模型，从而具备了提高多实例化组件的能力。
无插值时的二极管电流
由于时间步长固定，若器件动作处于时间步长间隔中，只 有等到下一时间步长时程序才能体现出此事件。此时将造 成仿真错误 。
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
解决方法： 缩短仿真步长—仿真时间延长、内存需求增大， 不能根本性解决问题。 变步长仿真—检测到开关动作事件时，划分仿真步长为 更小的时间间隔。不能避免虚假电压和电流尖峰。 插值方法—具有更快的速度和更高的精度。能在采用较大时 间步长的情况下更精确地对任何开关事件进行仿真。
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
平波电抗器
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
6. 滤波器（Filter）
减小注入交、直流系统谐波的设备 种类: 交流滤波器， 直流滤波器 有源滤波器； 无源滤波器：单调谐滤波器 双调谐滤波器 高通滤波器
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究进行高压直流输电系统仿真研究应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究主要内容?一高压直流输电系统的主要元件?二相关元件的pscad模型?三高压直流输电系统运行与控制第2页?四高压直流输电系统的pscad仿真应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究交流母线换流站i平波电抗器直流平波电抗器直流滤波器交流母线换流交流母线换流变压器换流站ii换流变压器换流变压器一高压直流输电系统的主要元件第3页交流系统交流系统i无功补偿设备交流滤波器无功补偿设备交流滤波器直流线路vdi滤波器桥i变压器断路器桥ii交流系统交流系统ii无功补偿设备无功补偿设备交流滤波器交流滤波器vdii应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究1
高压直流输电技术PPT课件
这篇文章发表后，正弦波立
即在电气工程领域得到应用
。 论文中提出，正弦交流电路如同直流电路一样，电压和电流有效值之比为一
常数，称之为阻抗；因此，在线性电路中是遵守欧姆定律的。他从电气参数
计算上说明了采用正弦函数波形交流电的理由。
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传统的直流输电系统
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传统的直流输电系统
传统直流输电系统是建立在发电和配电均为交流电基
础上的。
传统直流输电是先将送端的交流电整流为直流电，由
直流输电线路送到受端，再将直流电逆变为交流电，送 入受端的交流电网。
传统直流输电系统经历了汞弧阀换流器和晶闸管阀换
流器两个阶段。
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网；二是当两个相同工作频率的交流电网联网形成更大的交流电网后，受 到系统运行稳定性差和短路容量增大等限制。
3.在电缆输电方面，由于电缆电容远大于架空线路，电缆电容的充放电电
流产生很大损耗，严重限制了电缆输电距离和效率。
在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比
交流输电有更好的经济效益和优越的运行特性。因而，直流输电重新被人 们重视。
机或电动机的故障退出与重新接入以及运行调整，极大地提高了
可靠性。
4台 3kV/300kW
发电机
输电线路16km
避雷器
避雷器
总电压12kV、电流100A
2台 1kV/100kW
电动机
1台 3kV/300kW
电动机 2台
500V/50kW 电动机 2台
3kV/300kW 电动机
典型的 Thury串联 系统
基于PSCAD的高压直流输电系统建模和仿真
基于PSCAD的高压直流输电系统建模与仿真摘要：为了配合高压直流输电系统在我国的发展，介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理，运用PSCAD仿真软件分别建立、分析了HVDC系统的简化模型和CIGRE的HVDC 标准测试系统模型，对四种故障下的暂态响应进行仿真计算，仿真结果表明交直流系统中的任何故障都会使直流输电控制系统的控制模式发生快速切换，且其响应速度很快，即使在交流系统故障未切除的很短时间内，直流控制系统也已能达到一种稳定的控制模式。
关键词：高压直流输电(HVDC)；电流源型换流器；PSCAD；PWM；标准测试系统0 引言高压直流输电今年来发展很快，是我国重要的区域联网方式。
文献[1]指出，我国已建成了世界上第一个±800kV的最高直流电压等级的特高压直流输电工程，且计划在2020年前投运的直流输电工程将超过30个，学习和掌握直流输电技术成为电力电子技术领域及电力工程领域工作人员不可缺少的知识构成。
本文利用PSCAD仿真软件对HVDC系统进行了由简单到复杂的建模和仿真，对其运行特性进行观测和研究，是在高压直流输电课程的学习之后的总结与提升，为以后的深入学习奠定基础。
在简化模型中，直流输电系统简化为以不可控整流器、平波电抗器和逆变器相连接的交流电源，逆变器的触发脉冲由PWM调制生成，观测整流输出电流和逆变输出电压。
在较复杂的CIGRE的直流输电标准测试系统模型中，采用可控的双桥12脉动换流器作为整流器和逆变器，观测交直流侧电压、电流。
1 HVDC系统简介4图1 长距离式HVDC系统主接线1—交流系统2—换流变压器3—脉动换流器4—平波电抗器5—交流滤波器6—直流滤波器高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压直流输电线路和将直流电变换为交流电的逆变器三部分构成，因此从结构上看，高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路。
到目前为止，工程上绝大部分直流输电的换流器(又称换流阀，包含整流器和逆变器)由半控型晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。
高压直流输电系统PPT课件
（3）过负荷能力
通常，交流输电线路具有较高的持续运行能力，受发热
条件限制的允许最大连续电流比正常输送功率大得多， 其最大输送容量往往受稳定极限控制。
直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流
站。通常分2h过负荷能力、10s过负荷能力和固有过负荷 能力等。前两者葛上直流工程分别为10％和25％，后者 视环境温度而异。
以下是维持高功率因数的几个原因：
在给定变压器和阀的电流和电压额定值的 条件下，使换流器的额定功率尽可能高；
减轻阀上的应力； 使换流器所连接的交流系统中设备的损耗
和电流额定最小； 在负荷增加时，使交流终端的电压降最小； 使供给换流器的无功功率费用最小。
控制特性
图4.1.2 理想的稳态伏安特性（Vd是在整流器上测量的值；
当电压降低时，也会面临换相失败和电压不稳定的风险。 这些和低电压条件下的运行状况有关的问题可通过引入 “依赖于电压的电流指令限制”（VDCOL）来防止。当 电压降低到预定值以下时，这个限制降低了最大容许直流 电流。VDCOL特性曲线可能是交流换相电压或直流电压 的函数。图示出了这两种类型的VDCOL。
Id
Vdorcos Vdoi cos Rcr RLRci
Pdr VdrId
P di VdiIdP drRLId 2
图3.1.1 HVDC输电联络线 （a）示意图；（b）等值电路；（c）电压分布。
高压直流系统通过控制整流器和逆变器的 内电势（Vdorcosα）和（Vdoicosγ）来控制 线路上任一点的直流电压以及线路电流 （或功率）。这是通过控制阀的栅／门极 的触发角或通过切换换流变压器抽头以控 制交流电压来完成的。
高压直流输电控制课件
培训与演练
对高压直流输电系统的操 作人员进行培训和演练， 提高其应对故障的能力和 水平。
06 高压直流输电的未来发展 与挑战
技术发展趋势
更高电压等级
随着技术的进步，高压直流输电 系统的电压等级将进一步提高， 以实现更远距离、更大容量的电
力传输。
柔性直流输电技术
柔性直流输电技术以其独特的可 控性和灵活性，将在未来高压直
详细描述
高压直流输电是将直流电能从电源侧通过换流站传送到受端 的过程，其传输容量大、电压等级高，能够实现远距离、大 容量的电力传输，且传输过程中电能损耗较低，稳定性较好 。
高压直流输电的应用场景
总结词
高压直流输电适用于大规模、远距离的电力传输，尤其适用于海底电缆、城市 供电等场景。
详细描述
由于高压直流输电具有稳定、高效、灵活等优点，因此广泛应用于海底电缆、 城市供电、可再生能源并网等场景，能够满足不同地区、不同用户的电力需求 。
控和操作。
控制系统功能
自动控制
远程监控
根据预设的控制策略，自动调节高压直流 输电系统的运行状态，确保系统稳定、安 全、经济运行。
通过通讯设备接收上层调度系统的指令， 远程监控高压直流输电系统的运行状态， 并进行相应的操作。
故障诊断
优化调度
根据传感器反馈的运行数据，对高压直流 输电系统进行故障诊断，及时发现并处理 系统中的异常情况。
智能化与自动化
高压直流输电系统的控制将更加智能化和自动化，能够更好地应对复 杂多变的运行环境和条件，提高电力传输的可靠性和稳定性。
感谢您的观看
THANKS
传感器实时监测高压直流输电 系统的运行状态，并将数据反 馈给控制器，形成闭环控制。
通过通讯设备，控制系统与上 层调度系统进行信息交互，实 现远程监控和操作。
高压直流输电系统课件x
高压直流输电系统课件x一、教学内容本节课我们学习的教材是《科学》四年级上册，第二章第四节“高压直流输电系统”。
本节内容主要包括高压直流输电的原理、优点以及应用。
通过学习，使学生了解高压直流输电的基本概念，掌握直流输电的特点和优势，并能够运用所学知识分析生活中的电力传输问题。
二、教学目标1. 让学生了解高压直流输电的原理和优点。
2. 培养学生运用科学知识解决实际问题的能力。
3. 提高学生的科学思维能力和团队合作能力。
三、教学难点与重点重点：高压直流输电的原理和优点。
难点：直流输电在实际应用中的优势和挑战。
四、教具与学具准备教具：PPT课件、模型电路、实验器材。
学具：笔记本、彩笔、实验报告单。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示我国西电东送工程的图片，引导学生思考高压直流输电在实际生活中的应用。
2. 知识讲解：（1）讲解高压直流输电的原理：利用PPT课件，详细介绍高压直流输电的原理，引导学生理解直流输电的优点。
（2）分析直流输电的优点：通过对比直流输电和交流输电的优缺点，使学生明确直流输电在长距离、大容量输电方面的优势。
3. 例题讲解：出示例题：某电力公司计划建设一条从A地到B地的直流输电线路，两地距离为500公里，输电电压为±500kV。
请计算该输电线路的输电功率。
引导学生运用所学知识解决问题，培养学生的实际应用能力。
4. 随堂练习：布置练习题：某输电线路采用±660kV的直流输电，两地距离为700公里，求输电线路的输电功率。
5. 实验环节：组织学生进行实验，观察实验现象，巩固所学知识。
6. 板书设计：高压直流输电原理、优点及应用。
7. 作业设计作业题目：（1）某电力公司计划建设一条从A地到B地的直流输电线路，两地距离为600公里，输电电压为±500kV。
请计算该输电线路的输电功率。
（2）某输电线路采用±800kV的直流输电，两地距离为800公里，求输电线路的输电功率。
高压直流输电PPT课件
加拿大的纳尔逊河两回±500kV，约940km 4000MW
三峡——华东 三回±500kV，约900～1100km 7200MW
三峡——广东 一回±500kV 960km 3000MW
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2、背靠背直流联网工程 3、跨海峡直流海底电缆工程
➢三峡－常州 三峡－广东 贵州－广东 灵宝背靠背直流输电 舟山 嵊泗 2006年12月19日开工，云南楚雄—广东 ±800kV，500万kW， 1438km，2009年单极投产，2010年双极投产 2007年5月21日，四川—上海±800kV特高压直流输电示范工程 在上海奠基。 向家坝—四川—（途径重庆、湖南、湖北、安徽、浙江）上 海奉贤，1600万kw，2000km，投资180亿，计划于2011年建成。
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1.2 直流输电系统的构成
一.直流输电的基本概念
直流输电是将发电厂发出的交流电经过升压变压器后，又 换流设备（整流器）整成直流，通过直流线路送到受端， 再经换流设备（逆变器）换成交流供给交流系统。 按它与交流系统连接的节点数可分为 两端
多端
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直流输电系统的构成
换流变 压器1
~
＋ Id
整 流Vd1 器
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据了解，目前世界上Байду номын сангаас有日本和俄罗斯两国拥有 1000千伏特高压交流电网，且都是短距离输电。 正负800千伏直流输电技术国际上尚无运行经验， 关键技术和设备有待进一步研究开发。南方电网采 用特高压输电技术，可以有效缓解长距离“西电东 送”输电走廊资源紧张局面，提高电网安全稳定水 平，输电能力也将明显提高。
➢英法海峡 ±270kV 72km 2000MW ➢波罗底海（瑞典－德国）单极450kV 海底250km，架空12km 600MW ➢日本纪伊 ±500kV 海底51km，架空51km 2800MW ➢巴坤（马来西亚） 三回±500kV，海底670km，架空660km 2130MW ➢舟山 嵊泗
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新型高压直流输电系统仿真研究摘要新型高压直流输电系统是以电压源换流器(VSC) 为基础在新型高压直流输电的拓扑模型中灵活转变。
新型高压直流输电系统与传统高压直流输电系统相比较来说有很多优势，比如：输送容量大、送电距离远、输电线路造价低、能量损耗小和控制方式灵活快速。
使其在这个行业中发展迅猛,对电网互联的跨区域发挥了主要作用，所以新型高压直流输电系统稳定和安全的运行对于工业生产和社会生活有着重要的影响意义。
而在新型高压直流输电系统中，本文主要研究柔性直流输电系统即VSC-HVDC。
高压直流输电系统的控制方式是保持高压直流输电系统稳定性的主要方式,换流器触发控制和分接头控制是高压直流输电控制系统的核心内容,它通过控制高压直流输电系统中主要组成部分的换流设备来保证高压直流输电系统的正常运行及其故障后恢复的迅速性,所以对于换流器触发控制和分接头控制进行研究对保证高压直流输电系统的稳定又安全的运行有着主要意义。
本文基于交直流电网仿真系统与仿真平台建立新型高压直流输电一次系统仿真模型,基于一次系统仿真模型和高压直流输电基本控制原理,在分析新型高压直流输电控制系统基础上建立控制系统仿真模型建立了能够反映VSC-HVDC内部特性和物理过程的数学模型。
该模型中计及了换流变压器的不同变比及三相电网电压的不平衡,具有一般性。
仿真结果表明该模型在具有很高准确度的同时,还能显著缩短仿真时间,提高仿真效率。
关键词：高压直流输电；电压源换流器；控制系统；仿真New type of high-voltage direct current transmission system simulationABSTRACTNew high-voltage direct current transmission is based on voltage source converter (VSC) is a new type of high voltage direct current transmission (VSC - HVDC) the topological structure of complex changes. High-voltage direct current transmission system, with its large conveying capacity, transmission distance, transmission line low cost, low energy consumption advantages of fast and flexible control mode in the rapid development in the world, is the main mode for inter-district grid interconnection, So the high-voltage direct current transmission system stability and safety of operation for industrial production and social life has the very vital significance.High-voltage direct current transmission control system is to keep the important means of high-voltage direct current transmission system and stable operation, The inverter control of converter transformer tap in and control is the core part of high-voltage direct current transmission control system, Through the control of the high-voltage direct current transmission system converter equipment to ensure the normal operation of the high-voltage direct current transmission system and the back quickly after the failure, So for the inverter control and converter transformer tap control study to guarantee stable and reliable running of high-voltage direct current transmission system plays an important role.This article is based on AC/DC power grid simulation system and simulation platform to build the new high voltage direct current transmission system simulation model, Based on a system simulation model and the basic control principle of high-voltage direct current transmission，Based on the analysis of new type high voltage direct current transmission control system based on control system simulation model is established to reflect the internal characteristics of VSC-HVDC mathematical model and physical process. The model and gets the converter transformer of different variable ratio and three-phase power grid voltage imbalance, with general. The simulation results show that the model can be used in high accuracy at the same time, also can significantly reduce the simulation time, improve the efficiency of simulation.Keywords: High-voltage direct current transmission; V oltage source inverter. Control system; The simulation目录1 绪论 (1)1.1本课题的目的及意义 (1)1.2 新型高压直流输电系统的研究现状及发展概况 (2)1.2.1 VSC-HVDC研究现状 (2)1.2.2 VSC-HVDC发展概况 (2)1.3本文主要研究内容 (3)2 新型高压直流输电系统 (5)2.1 新型高压直流输电系统工作原理 (5)2.2 新型高压直流输电系统基本结构及特点 (6)2.2.1 新型高压直流输电系统的基本结构 (6)2.2.2 新型高压直流输电系统的基本特点 (7)2.3新型高压直流输电系统的控制 (7)2.3.1新型高压直流输电控制原理 (7)2.3.2新型高压直流输电控制分层结构 (9)2.3.4 PWM 基本原理介绍 (12)3 新型高压直流输电系统控制策略 (14)3.1概述 (14)3.2 VSC-HVDC系统控制策略 (15)3.2.1有功功率控制 (15)3.2.2直流电压控制 (16)3.2.3无功功率控制 (17)3.2.4交流电压控制 (19)3.2.5最终控制策略选择 (19)4 电压源换流器各控制器设计 (20)4.1 电压源换流器控制结构 (20)4.2 锁相环（PLL） (21)4.3 外环控制 (22)4.4 内环电流控制器 (24)5 VSC-HVDC的MATLAB仿真及结果分析 (26)5.1仿真工具的介绍 (26)5.2 VSC-HVDC稳态情况仿真 (26)5.3 VSC-HVDC 有功、无功和直流电压的阶跃响应情况仿真 (28)5.4 VSC-HVDC 三相接地故障情况仿真 (30)5.5 VSC-HVDC 仿真结果分析 (32)6 总结 (34)参考文献 (35)致谢.................................................................................................................. 错误！未定义书签。
1 绪论1.1本课题的目的及意义在现代控制技术和电力电子积极发展的基础下，以电压源换流器(VSC)和全控型开关器件为基础的新型高压直流输电即柔性直流输电(VSC-HVDC)的技术已经得以实现。
当前VSC-HVDC的最大输送容量已经达到350MW，因为已经有了大容量全控型开关器件的研发运用，其输送容量还会有一定程度的增加。
高压直流输电系统在我国电力系统中的发展产生了积极的影响,而高压直流输电控制系统能很好地保证系统输送功率的稳定性,还能使交直流输电系统的运行性得到提高，并能让交直流转换设备安全既有效地运行,这也是高压直流输电系统的关键内容。
新型直流输电系统试验平台是针对湖南省“十五”重大科技专项“高压直流输电新型换流变压器研制”的研究方向而设计的。
新型直流输电系统试验平台的整流侧与逆变侧都采用了传统的PI控制器。
这种控制器结构简单、易实现、技术成熟，但存在某些主要漏洞：被控对象的频率特性是设计控制系统的主要基础，整个系统的性能指标也是通过引入控制器来整定开环系统频率特性的方法来实现的。
这就使控制器在传统控制理论设计上，很大程度的必须以现场调试为基础，才能使控制性能得到满意状态。
高压直流输电系统是一个典型的非线性大系统，在大扰动的影响下交直流系统间的相互性非常复杂，但随着系统工作点的移动，PI控制器的参数要重新调节。