基于BPA仿真的高压直流输电系统运行与控制特性研究

曹 雷

（广州南方电力集团科技发展有限公司，广东广州510000）

0 引言

电力电子技术随着时代的进步，推动了高压直流输电技术的发展。电网高压交直流输电系统的混合使用，与传统输电方式存在很大差异，目前仍存在一系列的问题等待我们讨论研究。因此，对高压直流输电系统运行与控制特性进行研究具有非常重要的理论和现实意义。

1 交直流系统建模

以四机两区为例，用BPA仿真软件[1]搭建一个交直流混合的模型。交流系统采用次暂态发电机模型、静态负荷模型，两端直流系统采用详细模型、定功率控制，如图1所示。

图1 四机两区交直流系统

进行潮流计算，系统的参数及潮流计算条件如图2所示。

图2 交直流系统潮流分布图

在已有的潮流方式下（图2）进行暂态稳定仿真。每台电机均有直流整流子励磁机励磁系统及电力系统稳定器。

2 直流系统对交流系统短路电流的影响[2]

在图1所示的四机两区交直流系统中，对节点5、6、7、8、9、10和11分别设置三相短路故障，计算短路电流；再去掉节点7和节点9之间的直流线路，对上述节点进行三相短路电流计算，结果如表1所示。由计算数据对比可知，交流系统在加入直流输电系统前后，系统在上述短路故障发生后的短路容量增加不明显，而短路电流都有小幅度的上升。

3 整流端交流故障对直流系统的影响分析

整流侧交流系统换流母线Bus7发生三相短路故障，从第10个周波时开始，持续10个周波即0.2 s，直流系统暂态响应波形如图3所示。

表1 各个节点三相短路电流

由图可知，故障初期，直流电压、电流均下降到零，整流端的电流控制器为增大直流电流，不断减小α1角，直至αmin。整流端转为通过最小α角控制，逆变端转换为定电流控制，通过减小α1增大β到90°来增大直流电流，所以γ角始终保持在较大值，未出现换相失败。

所以，整流端如果发生三相故障，换流母线电压下降到低值，另外直流系统在故障期间只传输少量功率甚至中断功率传输，所以没有出现换相失败，直流系统很快恢复到正常运行状态。

4 逆变端交流故障对直流系统的影响分析

一般来说，逆变端交流系统故障比整流端故障会对直流系统的运行造成更大的影响。

逆变侧交流系统换流母线Bus9发生三相短路故障，从第10个周波时开始，持续10个周波，第20个周波时故障消失，直流暂态响应特性如图4所示。

由图可知，逆变端发生三相故障时，换流母线电压会在一瞬间降到0，所以换相失败。一直到故障处理完毕后，直流系统才能慢慢恢复正常运行。

5 结论

本文使用BPA程序搭建了简单的交直流混合电网仿真模型，然后围绕高压直流输电系统运行与控制特性展开了研究，考察高压直流输电系统的运行特性，得到如下主要结论：

（1）直流控制系统的设计需在对交流系统做必要分析后进行；

（2）直流输电系统采取定功率控制方式，不会增加交流系统的短路容量；

图3 整流侧交流系统三相故障仿真图注：图（b）上曲线为整流侧直流电压，下曲线为逆变侧直流电压；图（d）上曲线为逆变端点燃角α1，下曲线为整流端点燃角α2。

图4 逆变侧Bus9三相短路故障直流动态响应曲线

（3）逆变侧交流系统故障比整流侧故障更容易导致直流系统换相失败。