【优秀毕业论文】基于MATLAB的高压直流输电系统的仿真

直流输电技术的进步与众多科学技术的发展是紧密相关的，目前出现了些新式的发电技术太阳能电池发电燃料电池发电磁流体发电等，这些发电方式产生的电能都是直流电，因此要通过直流输电的方式进行传输，然后通过逆变器逆变后进入交流系统。

在今后的输电过程中定是直流交流混合的方式。

直流输电技术相对于交流输电技术而言具有以下几点优点直流输电的过程之中电能的损耗量相对较小直流输电对通信系统的干扰较小在输送相同大小的功率的情况下，直流输电线路相比于其他类型的输电线路而言造价成本比较低，输电线路结构也相对更为简单④当系统达到稳定状态时，输电线路之中不会出现电容电流电抗电压，在输电过程中也不必进行无功补偿对于两端的交流系统而言他们不必同步运行，直流输电能够使不同频率的交流系统实现非同步互联交流输电过程中自身存在稳定性的问题，这在直流输电过程中是不存在的，而且电力系统同步运行的稳定性对输送的距离和功率不会造成影响在直流输电过程中线路功率和线路电流的控制与调节相对容易。

直流输电技术的主要应用领域长距离大容量的输电系统相同频率或者不同频率的非周期运行的交流系统间的相互连接利用电缆线路的海底输电④新能源输电领域利用电缆给大城市输送电能的情况在交流系统互联等情况下对短路电流进行限制。

仿真的定义和分类仿真技术是目前科学领域进行研究的重要手段之，仿真在我们的日常生活中随处可见。

仿真是指以相似性原理控制论信息技术以及有关领域的相关知识作为基础，以计算机和各种专用的物理设备作为工具，利用系统模型对真实系统进行实验研究的门综合性技术。

仿真的主要用途优化系统设计，验证系统设计的正确，系统故障再现发现故障原因，对系统或其子系统进行性能评价和分析。

仿真的基本步骤建立系统的数学模型，建立仿真模型，编制仿真程序，调试程序验证模型实验结果分析并确定实验方案。

仿真的分类方式有多种，按照实现方式的不同可以分为三种物理仿真，它是指当在研究些实体模型的时候，能够使原系统的各种状态得以重现。

数学仿真，它是通过数学的语言去描述个系统，并在计算机上编制相应的程序对真实系统进行探究的过程。

混合仿真数学物理仿真，它相对于前两种仿真有更高的仿真可信度，对于模型难以建立的实体，在研究过程中可以将实体和数学物理模型结合在起组成比较复杂的仿真系统，这种在仿真过程中存在实体的仿真就是数学物理仿真。

按照仿真时钟与系统实际时钟的关系又可以分为实时仿真欠实时仿真超实时仿真。

随着仿真技术的不断发展，仿真技术的应用更加多样化全面化。

现今仿真技术的主要应用领域军事领域，如武器装备研制军事训练先进概念与军事需求分析等工业领域，由于工业系统的复杂性大型化，处于安全性经济性考虑，仿真技术被广泛的应用在工业领域的各个部门其他领域，如医学仿真。

选题背景年在瑞典由阿西亚公司，今集团建成了第条属于商业化性质的高压直流输电线路，这条输电线路连接着哥特兰岛和瑞典国家本土，是条具有重大意义的线路。

高压直流输电技术的发展在我国起步较晚。

舟山直流输电工程，该工程是我国在年建成的项输电工程，它是凭借我国自身的科技与智慧建造的，它是我国能够自主建造大型高压直流输电工程的象征。

舟山直流输电工程于年进行动工，年进入试运行阶段，直到年它才正式的投入了运行，它的输电线路全长达到，具体规模为。

嗓泅直流输电工程从上海到嗓泅岛的直流输电工程是我国于年建设完成的，它是项双极海底电缆直流工程，在整个设计制造建设过程中我国都投入了大量的人力物力，该工程位于海底部分的电缆长度为，输电线路全长达，具体规模为双极。

我国在年从外国引进了第个高压直流输电工程葛南高压直流输电系统它的起点为葛洲坝终点为上海南桥，该工程在年进入单极运行状态年双极投入运行。

我国的高压直流输电技术在世纪进入了快速发展阶段，依次建成了从天生桥到广州从贵州到广东从从三峡到广东和三峡到常州的多项高压直流输电工程。

在当下中国电力网络规模越来越大，电力系统不断完善，因此对仿真技术的要求也相应不断提高。

仿真过程面对的是整个大的电力系统而不是简单的几个重要元件，所以仿真技术必须拥有直接仿真模拟大规模电力网络的能力。

在我国下阶段的发展过程中，高压直流输电技术将会成为我国在输电技术领域的龙头，所以必须确保其在输电过程中的稳定性，利用仿真技术对高压直流输电过程进行仿真研究将是我们实现安全稳定输电的重要工具。

实时电力系统仿真是目前电力系统研究规划设计调试及运行服务不可缺少的工具之。

论文的主要内容本篇论文主要讲述了关于高压直流输电系统的基本结构和建模仿真的过程，主要是通过仿真工具对系统进行分析并进行建模仿真得出相应的波形。

首先对高压直流输电系统在当下的发展概况进行了比较简略的介绍与分析，让我们对系统有个初步的认识便于我们更好的理解系统稳定的重要性。

在论文中介绍了仿真的概念以及意义，仿真是现代科技中非常重要的种工具，它可以避免我们进行危险性较大或难以实现的实体试验而是通过计算机软件进行相应的仿真分析，大大减小了实验成本与复杂度。

第二部分介绍了仿真结果及分析基于高压直流输电系统的仿真模型分别对系统稳态直流线路接地故障逆变侧接地故障等情况进行仿真。

稳态仿真在系统开始运行之后段时间，系统最终达到稳定运行的状态。

图表示稳态仿真整流侧波形，图为逆变侧波形。

图中的表示直流侧线路电压，和分别表示直流侧线路电流和实际参考电流，均为标幺值。

为整流器的触发延迟角。

对于主控制模块模块，在时间时转换器的脉冲发生器开始工作，线路中开始出现电流并且有功率传输。

在时参考电流值达到最小为。

并且观察到此时开始建立直流电压。

在时参考电流以的速度由升到。

直流电流在大约时达到稳定状态，整流器控制电流和逆变器控制电压。

波形图中的轨迹显示了整流器和逆变器的直流侧线路电压，波形图中的轨迹表示参考电流和测得的电流。

在时施加停止脉冲，将电流降为，在时，在整流器侧强制使变为˚，这时直流电流消失，在逆变侧强制使变为˚，直流电压也降低。

在时，两个转换器中的阶跃脉冲消失。

图稳态仿真整流测波形图稳态仿真逆变测波形直流线路故障时仿真分析对于系统中的直流故障模块，将乘法因子由变为，即在时设置了个故障，将仿真时间设为。

图为直流线路故障时的整流侧波形，图直流线路故障时为逆变侧的波形图。

从波形中我们可以看出，直流线路故障时直流侧的电流增长到，直流侧的电压下降到参考电流下降至，所以在故障发生之后直流侧仍然会有电流流过。

当的时候，触发延迟角被强制设为˚，这时的整流器运行在逆变器模式。

这时直流侧输电线路电压变为负值，在线路上储存的能量被送入到交流系统之中，从而致使故障电流在过零点的时候快速熄灭。

当时间时，消除触发延迟角的强制值，直流额定电流。

电压在后恢复到正常值。

图直流线路故障时整流侧波形图直流线路故障时逆变测波形逆变侧接地故障仿真分析首先取消直流侧断路器导通动作，对于直流故障模块，设置乘法因子由变为，这样就消除了直流故障。

在系统中故障模块中，将开关时间的乘法系数设为，即在时，在逆变侧设置了接地故障。

然后重新进行仿真，逆变侧波形如图整流侧波形如图所示。

从波形中我们可知，由于发生故障使得直流电压和电流发生了振荡。

在故障刚发生的阶段，逆变器的两个阀进行换相的时候，因为预计关断的阀关断后它在受到反向电压作用时不能恢复阻断能力，所以当该阀承受正压是会重新导通，于是出现了换相失败的现象，直流电流增长到了。

在时故障清除，换流器的低压限流控制特性将参考电流调节为，故障清除后经系统恢复。

逆变侧的交流电压和电流出现了些许的扰动情况，波形图如图交流电流的频率和幅值波动情况较大，在发生故障时交流电流快速增长，然后又渐渐减小至，当故障被解除之后经过小幅度的波动恢复到稳态。

同样，交流电压值在故障时有所增加，但增加的幅度要小些，故障清除后也能够恢复稳态。

图逆变测接地故障波形图整流侧接地故障波形图逆变侧接地故障交流部分波形总结暂态仿真过程对于高压直流输电系统的研究设计运行有着非常重要的意义。

仿真软件中的模块库能够让高压直流输电系统的暂态仿真更加简单。

高压直流输电对于长距离大容量输电非同步电网之间的互联提供了有效的保证。

直流输电过程中应用晶闸管换流阀可以有效的提高直流输电的运行可靠性。

以上的内容就是利用仿真软件对高压直流输电系统进行了建模仿真并得到了高压直流输电系统在不同运行状况下的相关波形。

利用仿真软件可以非常有效的对高压直流输电系统的暂稳态过程进行建模仿真，能够大大减少复杂的暂态计算和分析，能够更加直观的了解电力系统的状况。

仿真得到的波形非常直观，且仿真时间短，仿真效果也比较理想。

为今后实现直流输电工程换流站仿真系统工作奠定了基础。

软件功能非常强大，它不仅拥有很多基本的操作而且包含了许多的特殊功能模块库与工具箱，让我们在日常工作研究生活中更加方便。

的模块库在众多领域有着广泛的应用，尤其是电力系统图像处理领域。

如果我们能够熟练的掌握软件的应用，那么我们可以非常有效的解决我们所面对的问题。

中各式各样的工具箱非常灵活的满足了用户的要求。

系统仿真是世纪年代以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的门新兴学科。

仿真就是通过建立实际系统模型并利用所建模型对实际系统进行实验研究的过程。

最初，仿真技术主要用于航空航天原子反应堆等价格昂贵周期长危险性大实际系统试验难以实现的少数领域，后来逐步发展到电力石油化工冶金机械等些主要工业部门，并进步扩大到社会系统经济系统交通运输系统生态系统等些非工程系统领域。

可以说，现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为任何复杂系统，特别是高技术产业不可缺少的分析研究设计评价决策和训练的重要手段。

其应用范围在不断扩大，应用效益也日益显著。

高压直流输电系统的发展在中国处于快速阶段，但是技术水平还有定的缺陷。

在输电过程中对各个环节的要求很高而且也很难在实验室内进行实验研究，然而仿真技术就很好的解决了这个难题。

高压直流输电技术在现代电力系统之中已经得到了广泛的应用。

交直流混合系统能否正常运行，很大程度上取决于控制系统的性能。

虽然直流系统的基本控制规律已经得到广泛的应用，但是不同的工程对于其控制装置的要求都会有所差别而且随着控制理论的发展，越来越多的新技术被用到直流控制系统的设计当中。

所以运用实时数字仿真技术，对工程中直流极控设备的功能进行细致的研究和分析，并根据仿真实验的结果调整其性能参数，就显得相当的重要。

由于作者本人理论水平和实践经验都很有限，在该篇论文中难免出现些和缺陷，恳请各位老师和同学批评指正。

参考文献瞿亮，凌民，蔡立军等基于的控制系统计算机仿真清华大学出版社，周又玲，杜峰，汤全武等在电气信息类专业中的应用清华大学出版社，周晓华，宋春宁，王保录等高压直流输电系统的建模与仿真机电技术冯媛硕，宋吉江基于和的高压线路故障联合仿真研究电气工程黄绍平，彭晓，浣喜明基于的高压直流输电系统的建模与仿真高电压技术冯媛