详细模型与平均模型

当建模基于线换向变换器的HVDC系统时，您可以使用两种类型的模型，这取决于要表示的频率范围:

详细模型例如power_hvdc12pulse模型中给出的一个，包括转换器单元及其电力电子晶闸管桥和换流变压器的详细表示。该模型适用于谐波监测和控制系统的动暂态性能。

平均模型例如，这里所介绍的转换器单元(电桥和变压器)由等效电压源表示，产生电桥平均直流电压，而交流源产生流入网络的电流的基本分量。该模型不代表谐波，但保留了控制系统和电力系统相互作用产生的动态。该模型允许使用比控制系统或网络更高的时间步长。然而，采用相同时间步长的控制系统调节器可获得最优性能。

描述

1000mw (500kv, 2kA)直流互联用于将电力从500kv, 5000 MVA, 60 Hz网络传输到345 kV, 10000 MVA, 50 Hz网络。整流器和逆变器是12脉冲变换器的平均模型，代表两个串联的6脉冲晶闸管桥。整流器和逆变器通过一条300公里的分布参数线和两个0.5 H的平滑电抗器互连。

换流变压器线性表示是平均模型块的一部分。没有模拟变压器分接开关，并假定固定分接作为模型输入。整流器抽头比(Nprimary/Nsecondary)为0.9 (pu)，逆变器抽头比为0.96 (pu)。转换器所需的无功功率由一组电容器组加上第11、13和高通滤波器提供，每侧总共为600 Mvar。注意，由于平均变换器模型不产生谐波，Mvar可以完全由电容器组提供。

2个空开分别用于逆变交流侧和整流直流侧故障。注意，由于晶闸管阀不存在12脉冲发射控制块不再需要在平均模型。

在每个变换器中实现直流保护功能。在整流器处，直流故障保护将检测并强制延迟角进入逆变器区域，从而熄灭故障电流。在逆变器上，换相故障预防控制将检测交流故障并降低最大延迟角限制，以降低换相故障的风险。注意，在平均模型中不可能出现换向失效现象。

为了帮助用户识别可能产生这种现象的条件，提供了来自模型的指示(CF_alarm信号可从整流和逆变器模型的母线选择器块获得)。当检测到交流电压下降时，低交流电压检测块将锁定直流故障保护。Master Control块启动转换器的启动和停止，以及当前引用的上升和下降。

控制系统的描述在用户手册的HVDC传输系统案例研究中提供。控制器的发射角度顺序(alpha_ord)输出是平均模型的输入。

电力系统和控制系统都在采样时间Ts=50 us内离散化。模型的“模型初始化”部分自动在MATLAB®工作空间中设置Ts = 50e-6。它还将平均模型时间步长Ts_avg设置为Ts。

模拟

系统被设定为启动并达到稳定状态。然后对整流器的参考电流和逆变器的参考电压分别施加步骤，以观察调节器的动态响应。最后，在阻塞转换器之前启动一个停止序列来降低直流电源。

开始模拟，打开整流和逆变作用域(在数据采集子系统中)，观察迹线1上的直流电压(1pu = 500 kV)和迹线2上的直流电流(参考和测量值)(1pu = 2 kA)。

启动和停止

在主控制系统中，变换器通过增大整流器和逆变器参考电流来解除阻塞并启动。

在t = 0.02 s时(即当转换器未阻塞时)，参考电流在0.3 s (0.33 pu/s)内达到最小值0.1 pu。在第一个斜坡结束时(t = 0.32 s)，直流线路以其标称电压充电，直流电压达到稳态。

在t= 0.4 s时，参考电流在0.18 s (5 pu/s)内从0.1 pu上升到1 pu (2kA)。在此启动序列结束时(t=0.58 s)，直流电流达到稳态。整流器控制电流，逆变器控制电压。

在稳态下，alpha发射角(轨迹3)在整流和逆变器侧分别为17.7度和144.5度。请注意，在详细的模型中，这些轨迹(整流器为16.5度，逆变器为143度)不是测量的发射延迟角，而是来自控制调节器的相应命令。在详细的模型中，发射角度较小，因为调节器必须将发射指令提前两个时间步，以补偿由12脉冲发射控制块的输入交流电压和输出发射脉冲接口引入的延迟。消光角gamma值是平均模型的输出。它用于逆变器，如图5所示。在稳态下，它的值是23度。

控制操作模式(0到6之间的整数)显示在跟踪4(0=阻塞;1 =电流控制;2 =电压控制;3=Alpha最小限制;4=Alpha最大限制;5=强制或恒定alpha;6 =伽玛控制)。

在t = 1.4秒时，通过降低电流到0.1 pu启动停止序列。

在t = 1.6秒时，整流器的强制alpha熄灭电流，逆变器的强制alpha降低直流电压。

在t = 1.7 s时，脉冲在两个转换器中都被阻塞。

电流和电压调节器的阶跃响应

在主控制器中确认“Enable Ref. Current Step”开关位于上方位置。该开关用于在参考电压上施加一个阶跃。还要验证逆变器控制中的参考电压步长是否已启用。开始模拟。

在t=0.7 s时，首先对参考电流施加-0.2 pu的阶跃(从1 pu下降到0.8 pu)，在t=0.8 s时，参考电流重置为1 pu的原始值。电流在大约0.1秒内稳定。对逆变器的参考电压(t=1.0 s / 1.1s时-0.1 pu / +0.1 pu)也施加步骤。

整流器直流线路故障

通过将开关设置在较低的位置，使主控制和逆变控制中分别应用于电流参考和电压参考的步骤失效。

整流模块DCPROT (DC Fault protection)默认处于激活状态。在DC故障块中，在切换时间中将100乘法因子更改为1，以便在t = 0.7 s时应用故障。

将模拟停止时间从2秒减少到1.4秒。打开FAULT范围，观察直流故障电流。重新启动模拟。

在故障应用直流电流迅速增加到2.63 pu和直流电压下降到零在整流器。电压相关电流顺序限制器(VDCOL)将整流器的参考电流降低到0.3 pu，可以看到这种直流电压下降。故障中仍有直流电流存在。

在t = 0.77 s时，由于检测到直流电压降(VdL< 0.5 pu超过70 ms)，整流器α发射角被直流保护强制到166度。整流器现在以逆变模式工作。直流线路电压变为负值，储存在线路中的能量返回到交流网络，导致故障电流在下一个过零处迅速消失。

Alpha在t = 0.82 s时释放，正常直流电压和电流大约在0.4 s内恢复。

逆变器交流接地故障

在“直流故障”块中，将“开关次数”的倍数1修改为100，使直流故障失效。在a -g故障块中，在开关时间中将100乘法因子更改为1，以便在t = 0.7 s时应用6周期线到地故障。

整流逆变保护中的LACVD (Low AC voltage detection)子系统和逆变保护中的CFPREV (Commutation Failure Prevention Control)子系统默认处于激活状态。

重新启动模拟。

值得注意的是，在单相故障中，在详细模型中通常观察到的直流电压和电流中的120hz振荡在平均模型中不存在。事实上，只有AC数量的正序列基本成分在平均模型中是显著的。故障期间VDCOL将不工作。故障恢复后，系统恢复时间约为0.2 s(请参见实际测量的直流功率Pd)。

由交流故障引起的换相失效故障(CF)导致的逆变器异常运行不能正确地用平均模型方程表示。为了帮助用户识别这种情况，每当预测到CF的发作时，都会设置警报信号(CF_alarm)。

查看逆变器上的CF_alarm信号，在t = 0.73秒触发。打开CF_alarm模块(在逆变器型号的HVDC_CONV_AVG模块内)，检查逻辑。

查看保护逆变器范围的A_min_I信号。该信号监测逆变器保护块的换向故障预防(CFPREV)输出。A_min信号用于减小延迟角限制，以增加故障期间和故障后的换相余量。

最后，在CFPREV对话框中取消选择“ON State”来禁用CFPREV保护。重新启动仿真，观察直流传输恢复时间的差异。