模型背景

基于背靠背結(jié)構(gòu)的VSC-HVDC結(jié)構(gòu)是一種比較常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅是在直流輸電，在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)中也是最常見(jiàn)的拓?fù)湫问街?。之前我們也曾介紹過(guò)基于三電平的VSC系統(tǒng)simulink仿真模型(基于Simulink的三電平VSC-HVDC仿真)，本文所涉及模型與之前仍然類(lèi)似，除了參數(shù)上的不同之外，本文模型采用平均值換流器模型，之前我們也提到過(guò)平均值換流器的大體建模思路(基于simulink的逆變器平均值建模，基于simulink的風(fēng)機(jī)并網(wǎng)等效模型，基于simulink的光伏并網(wǎng)等效模型)，平均值模型忽略了換流器開(kāi)關(guān)過(guò)程，通過(guò)受控電壓源、電流源來(lái)等效模擬，最大的好處是節(jié)省了眾多開(kāi)關(guān)開(kāi)斷復(fù)雜的矩陣計(jì)算，可以在較大仿真步長(zhǎng)上下進(jìn)行仿真，并且也能對(duì)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行較好的驗(yàn)證，最終得到比較理想的波形結(jié)果。

圖1 電路結(jié)構(gòu)圖

控制簡(jiǎn)介

拓?fù)渲杏?/p>

于兩側(cè)均為有源電網(wǎng)，按照慣例，一側(cè)控制采用直流電壓、無(wú)功控制，一側(cè)采用PQ控制。

直流電壓控制換流器采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)逆變側(cè)直流電壓與給直流電壓進(jìn)行比較，誤差經(jīng)過(guò)PI，作為內(nèi)環(huán)d軸電流環(huán)參考值id_ref，id_ref與d軸電流實(shí)際值id進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)PI，得到d軸電壓參考值Ud;為控制方便，省去q軸外環(huán)控制，采用直接給定iq_ref的方式，iq_ref與實(shí)際值iq進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)PI，得到q軸電壓參考值Uq，最后加上dq解耦及前饋環(huán)節(jié)，經(jīng)dq0-abc變換得到換流器參考電壓。

圖2 直流電壓、無(wú)功控制側(cè)控制框圖

PQ控制換流器也采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)實(shí)際有功率與給定有功率進(jìn)行比較，誤差經(jīng)過(guò)PI，得到內(nèi)環(huán)d軸電流環(huán)參考值id_ref，id_ref與d軸電流實(shí)際值id進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)PI，得到d軸電壓參考值Ud;實(shí)際無(wú)功率與給定無(wú)功率進(jìn)行比較，誤差經(jīng)PI，得到q軸電流參考值iq_ref，iq_ref與實(shí)際值iq進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)PI，得到q軸電壓參考值Uq，最后加上dq解耦及前饋環(huán)節(jié)，經(jīng)dq0-abc變換得到換流器參考電壓。

圖3 PQ控制側(cè)控制框圖

仿真模型

根據(jù)上述拓?fù)浼翱刂拼罱ǚ抡婺Ｐ腿缦聢D所示，其中甲流側(cè)電壓220kV,設(shè)計(jì)直流側(cè)電壓400kV,額定功率1000MVA。

圖4 整體仿真模型

控直流電壓側(cè)控制模型如下圖所示

圖5 直流電壓、無(wú)功控制模型

控功率側(cè)控制模型如下圖所示

圖6 PQ控制模型

仿真結(jié)果

模型設(shè)置在4.5s和5s分別解鎖兩個(gè)換流器(在此之前為換流器不控整流充電階段)，在第6s設(shè)置PQ控制側(cè)有功給定為500MW，無(wú)功給定為500MVar，直流電壓控制側(cè)無(wú)功為0.3pu(300MVar);8s時(shí)，兩側(cè)無(wú)功均降為0;10s后，有功升到1000MW，12s有功返送，由1000MW變?yōu)?1000MW。通過(guò)功率的變化驗(yàn)證控制效果。運(yùn)行模型得到的仿真結(jié)果如下

圖7 PQ控制側(cè)電壓、電流波形

圖8 PQ控制側(cè)功率波形(有功：黃色，無(wú)功：藍(lán)色)

圖9 直流電壓波形

圖10 直流電壓控制側(cè)電壓、電流波形

圖11 直流電壓控制側(cè)功率波形(有功：黃色，無(wú)功：藍(lán)色)

通過(guò)上述仿真結(jié)果可以看出，在進(jìn)行控制時(shí)，功率實(shí)際值能夠良好地跟隨給定值，在功率變化時(shí)，直流電壓始終保持穩(wěn)定，整體控制效果良好。

審核編輯：湯梓紅