http://www.paper.edu.cn
- 1 -
面向无源网络的 VSC−HVDC 系统仿真研究
1
梁海峰,李庚银,李广凯,张 凯,周 明
华北电力大学电气工程学院,河北保定(071003)
E-mail: hfliang@ncepu.edu.cn, ligy@ncepu.edu.cn
摘 要:基于电压源换流器(VSC)的高压直流输电技术(VSC−HVDC)不仅继承了传统直
流输电方式在占地面积、输送能量及不增加短路容量等方面的优势,而且由于全控型器件的
采用,使其可以直接向无源网络输电,从而成为解决大城市高密度配电网问题的有力措施之
一。本文通过对 dq0 坐标系下 VSC 模型的分析,得出 VSC−HVDC 的有功和无功功率可以
分别由 i
d
和 i
q
分量独立控制,并因之设计了定直流电压、定交流电压控制器。在建立
VSC−HVDC 向无源网络输电的 MATLAB 仿真模型的基础上,对定直流电压、定无功功率、
定交流电压等控制方式进行了仿真。仿真结果表明,建立的 VSC−HVDC 系统能很好地满足
向无源网络供电的需要,而且控制方式灵活、简便,并且在传输有功功率的同时,VSC 还
可以吞吐交流系统的无功功率,起到 STATCOM 的作用。
关键词:高压直流输电;VSC−HVDC;无源网络;城市电网;MATLAB 仿真
1.引 言
随着城市工商业的蓬勃发展和人们生活水平的日益提高,对城市电网的供电能力和供电
质量提出了更高的要求。城市电网,尤其是人口密集地区的大型城市电网,受到了前所未有
的挑战,如输电走廊不足、电压不稳等问题急需解决。高压直流输电(HVDC)与交流输电
相比,同样的输电走廊直流的输送能力是交流的 1.5 倍,所以采用 HVDC 是缓解输电走廊不
足的有力措施。但对于许多城市电网,出于环境因素考虑,多是无源网,而传统的基于线换
相电流源换流器的 HVDC 无法完成向无源网络供电的任务,从而限制了 HVDC 的应用。
随着 GTO、IGBT 等全控型器件的发展,出现了基于电压源换流器(Voltage Source
Converter, VSC)的 HVDC 技术,即 VSC−HVDC,由于其传输容量与传统 HVDC 相比较小,
亦称轻型高压直流输电(HVDC Light)
[1~3]
。全控型器件的应用赋予了 VSC−HVDC 一些传
统直流输电无法比拟的优点,如可以向无源网络供电
[4]
,同时且独立地控制有功功率和无功
功率,动态补偿交流母线的无功功率,稳定交流母线电压等,甚至能够在不受一侧交流系统
故障的影响下仍然通过另一正常交流侧输送功率
[5]
,而且可以方便地构成并联多端直流系
统。理论上讲
[6]
,VSC−HVDC 能消除有功环流,合理分配有功负荷,克服电压稳定性约束,
改善电能质量,所以 VSC−HVDC 技术是未来城网改造的理想工具。然而,要想将 VSC−HVDC
技术应用到实际之中,深入的仿真研究是必须的。
本文首先通过对 dq0 坐标系下的 VSC 数学模型的分析,得出了由 i
d
和 i
q
分量独立控制
有功功率和无功功率的关系式。在此基础上,设计了向无源网络供电的定直流电压和定交流
电压控制器,并利用 MATLAB 6.5/Simulink
®
建立了向无源网络供电的 VSC−HVDC 仿真系
统。利用该仿真系统对各种控制方式下的输电情况进行了仿真,得出了一些有意义的结论。
1
本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号:20010079001)资助