模型背景

基于背靠背結構的VSC-HVDC結構是一種比較常見的拓撲結構，不僅是在直流輸電，在風機并網中也是最常見的拓撲形式之一。之前我們也曾介紹過基于三電平的VSC系統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似，除了參數上的不同之外，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的風機并網等效模型，基于simulink的光伏并網等效模型)，平均值模型忽略了換流器開關過程，通過受控電壓源、電流源來等效模擬，最大的好處是節省了眾多開關開斷復雜的矩陣計算，可以在較大仿真步長上下進行仿真，并且也能對控制環節進行較好的驗證，最終得到比較理想的波形結果。

圖1 電路結構圖

控制簡介

拓撲中由

于兩側均為有源電網，按照慣例，一側控制采用直流電壓、無功控制，一側采用PQ控制。

直流電壓控制換流器采用雙閉環控制，外環逆變側直流電壓與給直流電壓進行比較，誤差經過PI，作為內環d軸電流環參考值id_ref，id_ref與d軸電流實際值id進行比較，經過PI，得到d軸電壓參考值Ud;為控制方便，省去q軸外環控制，采用直接給定iq_ref的方式，iq_ref與實際值iq進行比較，經過PI，得到q軸電壓參考值Uq，最后加上dq解耦及前饋環節，經dq0-abc變換得到換流器參考電壓。

圖2 直流電壓、無功控制側控制框圖

PQ控制換流器也采用雙閉環控制，外環實際有功率與給定有功率進行比較，誤差經過PI，得到內環d軸電流環參考值id_ref，id_ref與d軸電流實際值id進行比較，經過PI，得到d軸電壓參考值Ud;實際無功率與給定無功率進行比較，誤差經PI，得到q軸電流參考值iq_ref，iq_ref與實際值iq進行比較，經過PI，得到q軸電壓參考值Uq，最后加上dq解耦及前饋環節，經dq0-abc變換得到換流器參考電壓。

圖3 PQ控制側控制框圖

仿真模型

根據上述拓撲及控制搭建仿真模型如下圖所示，其中甲流側電壓220kV,設計直流側電壓400kV,額定功率1000MVA。

圖4 整體仿真模型

控直流電壓側控制模型如下圖所示

圖5 直流電壓、無功控制模型

控功率側控制模型如下圖所示

圖6 PQ控制模型

仿真結果

模型設置在4.5s和5s分別解鎖兩個換流器(在此之前為換流器不控整流充電階段)，在第6s設置PQ控制側有功給定為500MW，無功給定為500MVar，直流電壓控制側無功為0.3pu(300MVar);8s時，兩側無功均降為0;10s后，有功升到1000MW，12s有功返送，由1000MW變為-1000MW。通過功率的變化驗證控制效果。運行模型得到的仿真結果如下

圖7 PQ控制側電壓、電流波形

圖8 PQ控制側功率波形(有功：黃色，無功：藍色)

圖9 直流電壓波形

圖10 直流電壓控制側電壓、電流波形

圖11 直流電壓控制側功率波形(有功：黃色，無功：藍色)

通過上述仿真結果可以看出，在進行控制時，功率實際值能夠良好地跟隨給定值，在功率變化時，直流電壓始終保持穩定，整體控制效果良好。

審核編輯：湯梓紅