基于RTDS的特高压直流输电系统控制功能研究

张　攀，张菲菲，雷　娜（.上海电力学院　电气工程学院，上海　00090；　.国网漯河供电公司，河南　漯河　46000；.宁夏电力公司中卫供电公司，宁夏　中卫　755000）

基于RTDS的特高压直流输电系统控制功能研究

张攀1，张菲菲2，雷娜3
（1.上海电力学院电气工程学院，上海200090；2.国网漯河供电公司，河南漯河462000；3.宁夏电力公司中卫供电公司，宁夏中卫755000）

基于RTDS实时仿真平台，搭建了详细的±800kV特高压直流输电系统模型。通过启停、阶跃和暂态仿真，研究了控制系统基本功能，结果表明该模型具有较好的准确性和有效性，能够应用于特高压直流输电运行特性和交直流交互影响研究。

特高压；直流输电；RTDS；控制系统

0　引言

特高压直流输电技术是指±800kV及以上的直流输电技术，适合于特大容量、超远距离输电。为了满足“西电东送”、电网增容及改善电网结构、全国联网、提高电网安全稳定运行水平等方面的需求，我国大力发展特高压直流输电技术，根据规划，到2020年，我国家会建成30多个特高压直流输电工程［1-2］。

控制系统是直流输电的“大脑”，直流输电系统的性能与其控制系统的性能有着很大关系。现有的电力系统仿真软件中都没有特高压直流输电的标准模型，这对特高压直流输电的研究造成很大障碍，因此，有必要搭建较为详细的特高压直流输电系统仿真模型，为后续的研究工作铺平道路［3-4］。

1　特高压直流输电系统建模

1.1一次系统建模

系统额定电流为4kA，额定容量为6400MW。为了便于仿真，对两端的交流系统进行了等值简化，整流侧交流系统阻抗为14.36Ω，逆变侧交流系统阻抗为13.06Ω［5］。

在RTDS中利用软件提供的元件模型，搭建了±800kV特高压直流输电系统仿真模型。一次系统接线如图1所示，主要元件包括换流

变压器、换流器、平波电抗器、直流滤波器、交流滤波器、直流线路和接地极线路以及开关等。

1.2控制系统建模

控制系统模型结构如图2所示，稳态运行时的基本控制策略为：整流侧定电流控制和最小触发角限制，逆变侧动态定超前触发角β控制。

2　控制功能研究

（1）启动响应。系统启动时，整流侧和逆变侧响应波形如图3所示，其中，P1UDL是整流侧极1的直流电压，P1IDL是整流侧极1的直流电流，ALPHA_ORD是整流侧的触发角α；B1UDL是逆变侧极1的直流电压，B1IDL是逆变侧极1的直流电流，GAMAB是逆变侧的关断角γ。

从图3可以看出，系统启动时，直流电压按一定的速率从0上升到800kV，直流电流从0逐渐上升到最小电流限制值400A，之后直流电流按照一定速率上升到额定电流值。整流侧触发角α按一定速率降低到参考值15o左右，逆变侧关断角γ下降到参考值17°左右。可见，系统能够按照参数设置顺利启动，达到额定运行状态。

（2）阶跃响应仿真。为了测试闭环电流调节器、电压调节器、γ角控制器三个基本控制器的性能，进行了电流阶跃、功率阶跃、电压阶跃和γ角阶跃试验。下面以电压阶跃和γ角阶跃进行说明。

1）电压阶跃响应。在整流侧设置电压阶跃-80kV，持续时间1.4s，整流侧响应波形如图4所示。从图4可以看出，电压阶跃发生后，整流侧直流电压迅速减小到720kV左右，并稳定在720kV附近，为了保证输送功率，在直流电压减小的同时，在控制系统下，逐渐增大整流侧触发角，以增大直流电流。最终，直流电流稳定在4.5kA左右，保证输送功率不变。

2）γ角阶跃。在逆变侧设置关断角γ阶跃+10度，持续时间1.4s，逆变侧的响应波形如图5所示。从图5可以看出，在γ角阶跃后，γ角迅速增大到27°左右，逆变侧直流电压迅速降低到680kV左右，直流电流也随之增大到4.4kA左右，保证系统传输功率基本稳定在6400MW。

（3）故障运行仿真。设定逆变侧交流母线在0s时发生三相金属性短路接地故障，持续时间0.1s，整流侧和逆变侧波形如图6所示，图7是逆变侧换相失败模块的输出波形。

故障发生后，逆变侧直流电压迅速下降，直流电流随之迅速增大，换相角增大，导致关断角γ急速减小，当关断角小于7o～9o时，逆变侧发生换相失败［5-6］，从图中可以看出，逆变侧关断角γ接近于0o，说明逆变侧发生了换相失败。在控制系统作用下，整流侧增大触发角α以抑制短路电流。由图7可以看出，换相失败预测模块在检测到换相失败后，减小触发角以增大关断角γ，防止连续换相失败［7］。

故障消失后，整流侧触发角α逐渐减小，直流电流，直流电压逐渐恢复到额定值，逆变侧γ也恢复到正常范围，系统恢复正常运行。

3　结论

结合所建立的特高压直流输电系统模型进行了一系列的仿真试验，通过对试验结果的分析研究验证了所搭建模型的准确性和有效性。通过启动响应试验验证了模型能够按照设定参数顺利启动，并达到稳定运行状态；通过阶跃响应试验验证了该模型具有良好的稳态响应特性；在逆变侧交流母线设置三相短路故障，检验交流系统电压变化时直流系统的影响，仿真结果表明，控制系统模型满足故障情况下的控制要求，并能够在故障后迅速调节，使系统各项参数恢复到稳定状态。该模型可以用来进行特高压直流运行特性及交直流交互影响的研究。

［1］刘振亚.特高压直流输电技术研究成果专辑（2008年）［M］.北京：中国电力出版社，2009：3-6.

［2］黄道春，魏远航，钟连宏，阮江军，皇甫成.我国发展特高压直流输电中一些问题的探讨［J］.电网技术，2007（08）：6-12.

［3］周浩，钟一俊.特高压交、直流输电的适用场合及其技术比较［J］.电力自动化设备，2007（05）：6-12+39.

［4］张晋华，刘云，印永华，汤涌.特高压交/直流电网仿真技术研究［J］.电网技术，2007（23）：1-5.

［5］郑晓冬，邰能灵，杨光亮，涂崎.特高压直流输电系统的建模与仿真［J］.电力自动化设备，2012（07）：10-14+61.

［6］郑传材，黄立滨，管霖，洪潮，杨煜，陈文滨.±800kV特高压直流换相失败的RTDS仿真及后续控制保护特性研究［J］.电网技术，2011（04）：14-20.

［7］李立浧.特高压交流输电的技术特点与工程应用［J］.电力设备，2006，7（03）：1-4.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.150

张攀（1988-），男，河南许昌人，硕士，研究方向：直流输电。