[科普中国]-高压直流输电模拟装置-

简介

高压直流输电（HVDC），是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。输电过程为直流。常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面。

自上世纪80年代以来，电力传输技术的发展步伐明显加快，提高传输能力的办法不断涌现，既有直流输电技术、柔性交流输电技术、分频输电技术等高新技术，同时也有对现有高压交流输电线路的增容改造技术，如升压改造、复导增容改造、交流输电线路改为直流输电技术等。直流输电，对于提高现有传输系统的传输能力，挖掘现有设备潜力，具有十分重要的现实意义，实施起来可收到事半功倍的效果。

高压直流输电模拟装置是高压直流输电系统的一种数学物理仿真模型。它主要用于高压直流输电系统的控制、保护特性及整个系统性能的实时模拟研究1。

高压直流输电模拟装置功能和用途高压直流输电模拟装置，作为研究高压直流输电系统的重要工具，能比较精确地模拟高压直流输电及其控制系统的电磁性能和动态过程。它可用于研究直流输电工程规划设计和运行方面的问题.如直流系统稳态运行工况，调节器合理配置及参数优化，起停方式，故障及保护功能，换流器引起的谐波，交、直流滤波器特性。交直流系统相互影响及直流功率调制等。

高压直流输电模拟装置构成一套完整的高压直流输电模拟装置，包括直流输电系统的全部主要元件模型.如电源、换流器、换流变压器、交/直流线路和滤波器、断路器、避雷器、控制及保护系统等。此外，还配有程序控制器、负阻补偿器。测量设备、数据收集与分析系统等辅助设备。

1.电源模型

分为交流电源模型及同步电机模型两类。

（1）交流电源模型.三相交流定压源。用以模拟无穷大交流系统。各相电压的幅值及相位均可独立调节。以模拟不对称交流系统。

（2）同步电机模型。用来模拟同步发电机及小容量交流系统;亦可作为负荷使用，模拟同步电动机特性;或作为无功功率补偿设备，模拟调相机特性。按结构又可分为旋转电机式和电子式两种。前者就是一台小型同步电机。容量可为几千伏安至数百千伏安。适合于研究交直流混合系统中的谐波问题及机电过程，后者是用电子回路在同步机派克方程的基础上建立的电机模型，容量一般仅数十伏安，在研究直流系统性能时，可作为交流电源使用。

2.换流器模型

基本元件是由6个阀臂按三相桥式电路组成的换流单元。按需要将几个基本换流单元串联起来，便构成了换流器模型。阀臂一般由以小容量晶闸管为开关器件的电子回路构成。

3.换流变压器模型

由线性变压器、饱和变压器及电抗器等元件组成，线性变压器漏抗很小。可视为理想变压器，且两侧绕组都备有若干抽头.以便准确地模拟实际变压器的变比。饱和变压器用来模拟实际变压器的饱和特性，电抗器用来模拟实际变压器的漏抗。

4.交/直流线路模型

由串联电阻、串联电感、线间并联及线对地电容器组成的T型或n型三相四线单元组成。既可以用于模拟交流线路，又可以用于模拟直流线路。可用多个这样的集中参数线路单元串联起来，模拟实际线路的分布参数特性。电阻、电感、电容器均备有若干抽头，供改变参数之用。

5.交/直流滤波器模型

由电阻、电感及电容器按需要连接而成。用于模拟实际交流滤波器及直流滤波器的电磁特性。

6.断路器模型

分为交流断路器与直流断路器两种:交流断路器是由小型晶闸管为开关器件构成的，以模拟常规交流断路器电流过零后熄弧的特性;直流断路器则以大功率场效应晶体管为开关器件，以模拟切断直流电流的特性。

7.避雷器模型

电阻、二极管及稳压器串并联组成的电子回路.电阻用来模拟避雷器残压;二极管与稳压管配合，模拟避雷器的保护水平。

8.控制及保护系统模型

由于各直流箱电系统的控制、保护方式不同，而直流输电系统的性能又极大地取决于其控制保护系统的功能，因此，对不同的直流工程的模拟，需要采用与工程基本相同的控制保护装置。

9.辅助设备

模拟装置还需要以下设备:①程序控制器。用来控制试验顺序;②负阻补偿器，用以补偿变压器、换流器模型等的过大的电阻压降，提高模拟准确度;③测量系统、数据收集与分析设备，用以获取和分析试验数据。

10.模拟比例

工程实际值与模拟值之比叫模拟比例，简称模比。在功率、电压、电流及阻抗中。通常选定功率模比和电压模比.并据此计算出电流模比及阻抗模比。无论交流回路还是直流回路，均应选择同一功率基准值，而不同电压等级回路则可选择不同的电压基准值。对于不同目的的试验，可选用不同的模比.为了提高实验的准确性。希望在模拟设备容量许可情况下。选择尽可能小的模比;但对于故障试验.为了使模拟设备不受损坏或测量设备不致饱和就得适当增大模比2。

高压直流输电模拟装置现状及发展根据研究的重点不同，已建立的高压直流输电模拟装置的容量及规模差别甚大。日本中央电气研究所为研究大容量直流输电与大容量核电直接相连时可能发生的未知现象。建立的模拟装置的额定直流电压达±1500V ,额定直流电流15A.同步电机模型容量达100kv/A;而瑞典ASEA公司用作一般研究的直流输电模拟装置的额定直流电压仅40V，额定直流电流仅0.2 A。同一种模拟方法，模拟装置容量越大，模拟比例越小，模拟实验结果越接近真实情况。但投资也越大.且模拟参数改变越不容易。反之，小容量模拟装置可广泛使用电子电路，因而回路构成及参数调整均容易。投资也省。为了开发和设计直流输电设备的需要，各直流输电设备制造厂家都建有直流输电模拟装置。此外，修建直流输电工程的用户。为了研究直流输电工程的运行性能及培训人员，有的也建立了直流输电模拟装置，如中国电力科学研究院等3。