高壓直流輸電模擬裝置

高壓直流輸電模擬裝置是高壓直流輸電系統的一種數學物理仿真模型。它主要用於高壓直流輸電系統的控制、保護特性及整個系統性能的實時模擬研究。作為研究高壓直流輸電系統的重要工具，能比較精確地模擬高壓直流輸電及其控制系統的電磁性能和動態過程。

基本介紹

• 中文名：高壓直流輸電模擬裝置
• 外文名：High voltage dc transmission simulator
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 作用：研究高壓直流輸電系統的重要工具
• 類型：數學物理仿真模型

簡介

高壓直流輸電（HVDC），是利用穩定的直流電具有無感抗，容抗也不起作用，無同步問題等優點而採用的大功率遠距離直流輸電。輸電過程為直流。常用於海底電纜輸電，非同步運行的交流系統之間的連絡等方面。

自上世紀80年代以來，電力傳輸技術的發展步伐明顯加快，提高傳輸能力的辦法不斷湧現，既有直流輸電技術、柔性交流輸電技術、分頻輸電技術等高新技術，同時也有對現有高壓交流輸電線路的增容改造技術，如升壓改造、復導增容改造、交流輸電線路改為直流輸電技術等。直流輸電，對於提高現有傳輸系統的傳輸能力，挖掘現有設備潛力，具有十分重要的現實意義，實施起來可收到事半功倍的效果。

高壓直流輸電模擬裝置是高壓直流輸電系統的一種數學物理仿真模型。它主要用於高壓直流輸電系統的控制、保護特性及整個系統性能的實時模擬研究。

高壓直流輸電模擬裝置功能和用途

高壓直流輸電模擬裝置，作為研究高壓直流輸電系統的重要工具，能比較精確地模擬高壓直流輸電及其控制系統的電磁性能和動態過程。它可用於研究直流輸電工程規劃設計和運行方面的問題.如直流系統穩態運行工況，調節器合理配置及參數最佳化，起停方式，故障及保護功能，換流器引起的諧波，交、直流濾波器特性。交直流系統相互影響及直流功率調製等。

高壓直流輸電模擬裝置構成

一套完整的高壓直流輸電模擬裝置，包括直流輸電系統的全部主要元件模型.如電源、換流器、換流變壓器、交/直流線路和濾波器、斷路器、避雷器、控制及保護系統等。此外，還配有程式控制器、負阻補償器。測量設備、數據收集與分析系統等輔助設備。

1.電源模型

分為交流電源模型及同步電機模型兩類。

（1）交流電源模型.三相交流定壓源。用以模擬無窮大交流系統。各相電壓的幅值及相位均可獨立調節。以模擬不對稱交流系統。

（2）同步電機模型。用來模擬同步發電機及小容量交流系統;亦可作為負荷使用，模擬同步電動機特性;或作為無功功率補償設備，模擬調相機特性。按結構又可分為旋轉電機式和電子式兩種。前者就是一台小型同步電機。容量可為幾千伏安至數百千伏安。適合於研究交直流混合系統中的諧波問題及機電過程，後者是用電子迴路在同步機派克方程的基礎上建立的電機模型，容量一般僅數十伏安，在研究直流系統性能時，可作為交流電源使用。

2.換流器模型

基本元件是由6個閥臂按三相橋式電路組成的換流單元。按需要將幾個基本換流單元串聯起來，便構成了換流器模型。閥臂一般由以小容量晶閘管為開關器件的電子迴路構成。

3.換流變壓器模型

由線性變壓器、飽和變壓器及電抗器等元件組成，線性變壓器漏抗很小。可視為理想變壓器，且兩側繞組都備有若干抽頭.以便準確地模擬實際變壓器的變比。飽和變壓器用來模擬實際變壓器的飽和特性，電抗器用來模擬實際變壓器的漏抗。

4.交/直流線路模型

由串聯電阻、串聯電感、線間並聯及線對地電容器組成的T型或n型三相四線單元組成。既可以用於模擬交流線路，又可以用於模擬直流線路。可用多個這樣的集中參數線路單元串聯起來，模擬實際線路的分布參數特性。電阻、電感、電容器均備有若干抽頭，供改變參數之用。

5.交/直流濾波器模型

由電阻、電感及電容器按需要連線而成。用於模擬實際交流濾波器及直流濾波器的電磁特性。

6.斷路器模型

分為交流斷路器與直流斷路器兩種:交流斷路器是由小型晶閘管為開關器件構成的，以模擬常規交流斷路器電流過零後熄弧的特性;直流斷路器則以大功率場效應電晶體為開關器件，以模擬切斷直流電流的特性。

7.避雷器模型

電阻、二極體及穩壓器串並聯組成的電子迴路.電阻用來模擬避雷器殘壓;二極體與穩壓管配合，模擬避雷器的保護水平。

8.控制及保護系統模型

由於各直流箱電系統的控制、保護方式不同，而直流輸電系統的性能又極大地取決於其控制保護系統的功能，因此，對不同的直流工程的模擬，需要採用與工程基本相同的控制保護裝置。

9.輔助設備

模擬裝置還需要以下設備:①程式控制器。用來控制試驗順序;②負阻補償器，用以補償變壓器、換流器模型等的過大的電阻壓降，提高模擬準確度;③測量系統、數據收集與分析設備，用以獲取和分析試驗數據。

10.模擬比例

工程實際值與模擬值之比叫模擬比例，簡稱模比。在功率、電壓、電流及阻抗中。通常選定功率模比和電壓模比.並據此計算出電流模比及阻抗模比。無論交流迴路還是直流迴路，均應選擇同一功率基準值，而不同電壓等級迴路則可選擇不同的電壓基準值。對於不同目的的試驗，可選用不同的模比.為了提高實驗的準確性。希望在模擬設備容量許可情況下。選擇儘可能小的模比;但對於故障試驗.為了使模擬設備不受損壞或測量設備不致飽和就得適當增大模比。

高壓直流輸電模擬裝置現狀及發展

根據研究的重點不同，已建立的高壓直流輸電模擬裝置的容量及規模差別甚大。日本中央電氣研究所為研究大容量直流輸電與大容量核電直接相連時可能發生的未知現象。建立的模擬裝置的額定直流電壓達±1500V ,額定直流電流15A.同步電機模型容量達100kv/A;而瑞典ASEA公司用作一般研究的直流輸電模擬裝置的額定直流電壓僅40V，額定直流電流僅0.2 A。同一種模擬方法，模擬裝置容量越大，模擬比例越小，模擬實驗結果越接近真實情況。但投資也越大.且模擬參數改變越不容易。反之，小容量模擬裝置可廣泛使用電子電路，因而迴路構成及參數調整均容易。投資也省。為了開發和設計直流輸電設備的需要，各直流輸電設備製造廠家都建有直流輸電模擬裝置。此外，修建直流輸電工程的用戶。為了研究直流輸電工程的運行性能及培訓人員，有的也建立了直流輸電模擬裝置，如中國電力科學研究院等。