基于RTDS的特高壓直流輸電系統控制功能研究

張　攀，張菲菲，雷　娜（.上海電力學院　電氣工程學院，上海　00090；　.國網漯河供電公司，河南　漯河　46000；.寧夏電力公司中衛供電公司，寧夏　中衛　755000）

基于RTDS的特高壓直流輸電系統控制功能研究

張攀1，張菲菲2，雷娜3
（1.上海電力學院電氣工程學院，上海200090；2.國網漯河供電公司，河南漯河462000；3.寧夏電力公司中衛供電公司，寧夏中衛755000）

基于RTDS實時仿真平臺，搭建了詳細的±800kV特高壓直流輸電系統模型。通過啟停、階躍和暫態仿真，研究了控制系統基本功能，結果表明該模型具有較好的準確性和有效性，能夠應用于特高壓直流輸電運行特性和交直流交互影響研究。

特高壓；直流輸電；RTDS；控制系統

0　引言

特高壓直流輸電技術是指±800kV及以上的直流輸電技術，適合于特大容量、超遠距離輸電。為了滿足“西電東送”、電網增容及改善電網結構、全國聯網、提高電網安全穩定運行水平等方面的需求，我國大力發展特高壓直流輸電技術，根據規劃，到2020年，我國家會建成30多個特高壓直流輸電工程［1-2］。

控制系統是直流輸電的“大腦”，直流輸電系統的性能與其控制系統的性能有著很大關系。現有的電力系統仿真軟件中都沒有特高壓直流輸電的標準模型，這對特高壓直流輸電的研究造成很大障礙，因此，有必要搭建較為詳細的特高壓直流輸電系統仿真模型，為后續的研究工作鋪平道路［3-4］。

1　特高壓直流輸電系統建模

1.1一次系統建模

系統額定電流為4kA，額定容量為6400MW。為了便于仿真，對兩端的交流系統進行了等值簡化，整流側交流系統阻抗為14.36Ω，逆變側交流系統阻抗為13.06Ω［5］。

在RTDS中利用軟件提供的元件模型，搭建了±800kV特高壓直流輸電系統仿真模型。一次系統接線如圖1所示，主要元件包括換流

變壓器、換流器、平波電抗器、直流濾波器、交流濾波器、直流線路和接地極線路以及開關等。

1.2控制系統建模

控制系統模型結構如圖2所示，穩態運行時的基本控制策略為：整流側定電流控制和最小觸發角限制，逆變側動態定超前觸發角β控制。

2　控制功能研究

（1）啟動響應。系統啟動時，整流側和逆變側響應波形如圖3所示，其中，P1UDL是整流側極1的直流電壓，P1IDL是整流側極1的直流電流，ALPHA_ORD是整流側的觸發角α；B1UDL是逆變側極1的直流電壓，B1IDL是逆變側極1的直流電流，GAMAB是逆變側的關斷角γ。

從圖3可以看出，系統啟動時，直流電壓按一定的速率從0上升到800kV，直流電流從0逐漸上升到最小電流限制值400A，之后直流電流按照一定速率上升到額定電流值。整流側觸發角α按一定速率降低到參考值15o左右，逆變側關斷角γ下降到參考值17°左右。可見，系統能夠按照參數設置順利啟動，達到額定運行狀態。

（2）階躍響應仿真。為了測試閉環電流調節器、電壓調節器、γ角控制器三個基本控制器的性能，進行了電流階躍、功率階躍、電壓階躍和γ角階躍試驗。下面以電壓階躍和γ角階躍進行說明。

1）電壓階躍響應。在整流側設置電壓階躍-80kV，持續時間1.4s，整流側響應波形如圖4所示。從圖4可以看出，電壓階躍發生后，整流側直流電壓迅速減小到720kV左右，并穩定在720kV附近，為了保證輸送功率，在直流電壓減小的同時，在控制系統下，逐漸增大整流側觸發角，以增大直流電流。最終，直流電流穩定在4.5kA左右，保證輸送功率不變。

2）γ角階躍。在逆變側設置關斷角γ階躍+10度，持續時間1.4s，逆變側的響應波形如圖5所示。從圖5可以看出，在γ角階躍后，γ角迅速增大到27°左右，逆變側直流電壓迅速降低到680kV左右，直流電流也隨之增大到4.4kA左右，保證系統傳輸功率基本穩定在6400MW。

（3）故障運行仿真。設定逆變側交流母線在0s時發生三相金屬性短路接地故障，持續時間0.1s，整流側和逆變側波形如圖6所示，圖7是逆變側換相失敗模塊的輸出波形。

故障發生后，逆變側直流電壓迅速下降，直流電流隨之迅速增大，換相角增大，導致關斷角γ急速減小，當關斷角小于7o～9o時，逆變側發生換相失敗［5-6］，從圖中可以看出，逆變側關斷角γ接近于0o，說明逆變側發生了換相失敗。在控制系統作用下，整流側增大觸發角α以抑制短路電流。由圖7可以看出，換相失敗預測模塊在檢測到換相失敗后，減小觸發角以增大關斷角γ，防止連續換相失敗［7］。

故障消失后，整流側觸發角α逐漸減小，直流電流，直流電壓逐漸恢復到額定值，逆變側γ也恢復到正常范圍，系統恢復正常運行。

3　結論

結合所建立的特高壓直流輸電系統模型進行了一系列的仿真試驗，通過對試驗結果的分析研究驗證了所搭建模型的準確性和有效性。通過啟動響應試驗驗證了模型能夠按照設定參數順利啟動，并達到穩定運行狀態；通過階躍響應試驗驗證了該模型具有良好的穩態響應特性；在逆變側交流母線設置三相短路故障，檢驗交流系統電壓變化時直流系統的影響，仿真結果表明，控制系統模型滿足故障情況下的控制要求，并能夠在故障后迅速調節，使系統各項參數恢復到穩定狀態。該模型可以用來進行特高壓直流運行特性及交直流交互影響的研究。

［1］劉振亞.特高壓直流輸電技術研究成果專輯（2008年）［M］.北京：中國電力出版社，2009：3-6.

［2］黃道春，魏遠航，鐘連宏，阮江軍，皇甫成.我國發展特高壓直流輸電中一些問題的探討［J］.電網技術，2007（08）：6-12.

［3］周浩，鐘一俊.特高壓交、直流輸電的適用場合及其技術比較［J］.電力自動化設備，2007（05）：6-12+39.

［4］張晉華，劉云，印永華，湯涌.特高壓交/直流電網仿真技術研究［J］.電網技術，2007（23）：1-5.

［5］鄭曉冬，邰能靈，楊光亮，涂崎.特高壓直流輸電系統的建模與仿真［J］.電力自動化設備，2012（07）：10-14+61.

［6］鄭傳材，黃立濱，管霖，洪潮，楊煜，陳文濱.±800kV特高壓直流換相失敗的RTDS仿真及后續控制保護特性研究［J］.電網技術，2011（04）：14-20.

［7］李立浧.特高壓交流輸電的技術特點與工程應用［J］.電力設備，2006，7（03）：1-4.

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

張攀（1988-），男，河南許昌人，碩士，研究方向：直流輸電。