毕业论文--新型换流变压器在高压直流输电系统的应用研究.docx
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HUNAN
UNIVERSITY
毕 业 论 文
设计论文题目：
新型换流变压器在高压直流输电
系统的应用研究
学生姓名：
学生学号：
专业班级：
电气工程及其自动化1102班
学院名称：
电气与信息工程学院
指导老师：
学院院长：
2015年5月20日
湖南大学毕业设计（论文）
第Ⅰ页
摘 要
实现电网全国互联是我国电网发展的一个大的趋势。
创建“西电东送”和“南北互供”工程不仅解决了中国能源资源分布和需求不平衡的现状，而且还是中国电力工业发展的需求。
电网公司现在都将工作重点放在了建设特高压电网上，直流输电特别适用于远距离、大容量的电力输送，故特高压直流输电将会得到人们更高的重视。
直流输电系统中最重要的设备之一就是换流变压器，而自耦补偿和谐波屏蔽换流变压器具有传统换流变压器不具有的优势，有着非常美好的应用前景。
本文在新型换流变压器的基础上创建了直流输电系统的数学模型，并推算出了新型直流输电系统的动态方程。
通过MATLAB创建了新型直流输电系统仿真模型结构，将它的稳态运行特性进行分析与仿真，进而来验证新型换流变压器设计结构的正确性和它在抑制谐波和改善系统稳态运行性能上的优势。
创建了在新型直流输电模拟系统基础上的三种 PID控制器 固定参数PID控制器、模糊变参数PID控制器和变参数
PID控制器，把它们运用到新型直流输电系统仿真模型里，进而获得了三种控制器运行时系统的电压电流仿真波形，通过验证其控制效果我们可以得知，同固定参数PID控制器进行比较，新型直流输电系统利用模糊变参数PID控制器和变参数PID控制器都可以获得很好控制。
关键词：
新型直流输电系统；换流变压器；自耦补偿和谐波屏蔽；PID控制
Inthehigh-voltagedirectcurrenttransmissionsystemofthenewconvertertransformerapplicationresearch
Abstract
ThenetworkinterconnectionofthewholecountryisaninexorabletrendwiththedevelopmentofChineseelectricalnetwork．Building”TransmissionelectricalpowerfromWesttoEast’’and‘‘ExchangeelectricalpowerbetweenSouthandNorth’’projectsisthedesirabilityfortheunbalancedresourcesdistributionandtheunbalanceddemands．Itisalsoanecessarystrategyofourpowerindustry．UHVpowergridwillbethemajordevelopmentofSGCC，andDCtransmission，whichfitsfortransmittingelectricalpowerinlongdistanceandlargecapacityandwillbewidelyusedinUHVengineering．ConvertertransformerisoneofthemostimportantequipmentsinHVDCtransmissionsystem．The
auto—compensatorandharmonicssuppressionconvertertransformerhasaverygoodapplicationprospectforhavingthemeritsthattraditionaltransformerdoesn’t.
ItestablishthemathematicmodelofDCtransmissionbasedonthenovelconvertertransformerandderivethedynamicequationsofthenovelDCtransmissionsystem,anditalsoproposesthecontrolmethodsandtheircharacteristicofDCtransmissionsystem.Afterward,thesimulationmodelofthenovelDCtransmissionsystemhasbeenestablishedinMATLAB,thesimulationanalysisverifiedthemodel’scorrectnessandthesuperiorityinthefieldofharmonicsuppressionandimprovingthesystem’ssteady-stateoperationperformance.Atlast,threePIDcontrollerbasedonthenovelDCtransmissionsystemhavebeendesigned--
-PIDControllerFixedArguments（FAPID）,PIDControllerwithVariableArguments（VAPID）andFuzzyPIDControllerwithVariableArguments（FUZZY-VAPID）.SimulationstudyofthemhavebeenmadeonthenovelDCtransmissionsystem,wecangainthewavesofvoltageandcircleofthesystem,theresultsshowsthatVAPIDcontrollerandFUZZYVAPIDcontrollerbothcanreachasatisfactoryeffectcomparedwithFAPIDcontroller.withFAPIDcontroller.
湖南大学毕业设计（论文）
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KeyWords：
thenovelDCtransmissionsystem;convertertransformer;auto-compensatorandharmonicsshade;PIDcontrol
湖南大学毕业设计（论文）
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目 录
1绪 论 1
1.1直流输电的发展历史及概况 1
1.2HVDC系统主要构成 1
1.3直流输电运行方式 2
1.4高压直流输电相对于交流输电的特点 2
1.5HVDC现状和新发展 3
2新型直流输电系统数学模型和控制原理 5
2.1引言 5
2.2新型直流输电系统的等值电路图 5
2.3系统的控制原理 6
2.4系统的控制方式及控制特性 9
3新型直流输电系统运行与控制器研究 14
3.1新型直流输电系统的稳态模型 14
3.2新型直流输电系统控制器设计 19
3.2.1变参数PID控制器 22
3.2.2模糊变参数PID控制器 24
3.2.3各种控制器性能比较 28
4结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录A新型直流输电模拟系统左侧换流站原理图 34
附录B新型直流输电模拟系统右侧原理图 35
湖南大学毕业设计（论文）
第8页
1绪 论
1.1直流输电的发展历史及概况
众所周知，我们输电的是从直流输电开始的。
早在1882年,首次远距离输电的实验取得了成功,通过一台直流发电机发出了电,并将其输送到了57km外的慕尼黑,为一次博览会提供电能。
因为当时电压不高,所以直流输电的效率相当低,仅仅只有25%可利用,而其他75%的电能却都被消耗在了输电线路上。
为减少线路上对电能的损耗,就需要将电压提高、让电流降低。
在上个世纪,想要将直流电压提高还没有什么好的办法,因此人们就开始了交流输电研究和发展。
那时变压器已经研制出来,通过升压变压器的升压,交流电压可以得到大幅度提升从而使输电效率得到提升。
慕尼黑成为了一个交直流输电交替的见证者。
交于是流输电从20世纪初就开始迅速发展起来。
但是,人们并没有将直流输电的研究与探索丢弃,如何能够得到高压直流电成为了一个研究的难点和重点。
1929年瑞典阿西亚（ASES）公司首次研发出了高压直流输电的技术。
从此开始,全球各个国家开始创建自己的试验性高压直流输电线路。
科学家利用交流发电机,通过换流装备把低压交流电成功转换成为了高压直流电,然后经输电线路输送到用户一端的换流站,最后再将直流电经换流装备转换成交流电提供给用户使用。
在第二次世界大战之后,电力需求得到了迅速的增长。
在电网技术发展的需求下,交流输电显现出自身明显的局限性。
在此种情况下,人们再一次将直流输电的研发推向新的高潮。
1954年,世界上的第1条工业性直流输电线路得以建成,它就是ASEA公司在瑞典本土与果特兰岛之间的海底输电电缆。
人们把这个项目作为直流输电新发展的重要标志。
直到20世纪70年代出现大功率晶闸管将原来的汞阀用作换流装置取代之后,直流输电才得到了迅猛的发展。
1.2HVDC系统主要构成
直流输电系统通过接地极、接地极线路、直流送电线路和换流站构成。
其中换流站是用来连接交流侧和直流侧的设备，即供交流电和直流电间进行转换的换流设备。
详见图1.1所示。
图1.1直流输电系统接线示意图
换流装置由换流器、换流变压器、控制保护装置、控制极触发装置以及其他辅助装置组成。
1.3直流输电运行方式
<一>两端直流输电系统
（1）单极系统，大地、金属线作为回线，常常用作故障切换运行方式；
（2）双极系统，经常用到的一种接线方式；
（3）背靠背系统，没有中间的输电线路，常用作各个不同电网之间的互联。
<二>多端直流输电系统，由三个或三个以上换流站连接换流站之间的高压直流输电系统，由于技术还不成熟，故未能得到广泛的应用。
1.4高压直流输电相对于交流输电的特点
（1）高压直流输电与其相联的两个交流系统的频率和相位是没有关系的。
由此可通过直流输电环节来连接两个相互独立的交流系统，既能得到减小热备用容量等联网效益，还可以各自保持有功及无功平衡等电网管理的独立特性。
另外，一个电网短路可因直流环节的隔离作用从而不会直接连累到另一电网，故可防止全系统的大面积停电事故的发生。
因此高压直流输电特别适于电网之间的互联。
（2）高压直流输电只有有功功率传输。
所以不会增大所联交流电网的短路容量，也就是说不会使断路器的遮断容量增大，而且直流电缆不会产生充电电流，可以长距离的送电。
（3）高压直流输电的传送功率是快速而且可以控制的。
所以可以方便而又精确地按照计划及时控制到所联交流电网之间的交换功率，并且不会受到两侧交流电网运行
状况的影响，非常适合于所联两电网间按协议送电。
（4）高压直流输电线路非常的经济。
因为单、双极直流输电分别需要一、二根导线，所
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