摘要：在特高压直流输电工程中，为了防止出现交流母线电压过高继而威胁直流系统稳定运行的情况发生，系统在无功功率控制中配置了交流过电压控制功能。为了解交流过电压控制功能动作特性，该文对特高压直流工程中实际配备的交流过电压控制软件逻辑以及动作策略进行了分析研究，并结合RTDS仿真系统对该工程典型运行工况下的交流过电压情形进行了仿真计算，验证了交流过电压控制功能的有效性，其分析结果对该工程的后续建设及研究具有一定的技术支撑及参考意义。
关键词：特高压直流输电系统；RTDS；半实物仿真系统；电力系统稳定器
我国的能源供需分布极不平衡，76％的煤炭资源分布在北部和西北部，80％的水能资源分布在西南部；绝大部分陆地风能、太阳能资源分布在西北部，但是70％以上的能源需求却集中在东中部，2015年我国全社会总用电量6.08万亿千瓦时，最大负荷为9.91亿千瓦，“十二五”期间年均增长率为8.2%和8.5%；2020年预计全社会用电量将达到7.84万亿千瓦时，最大负荷将达到12.77亿千瓦。西部能源基地与东部负荷中心距离在800-3000公里左右，远距离、大容量输电是我国电网必须要面临的现实情况。
1基于RTDS的励磁系统仿真模型
1.1系统架构
在RTDS数模仿真平台上建立的励磁仿真模型如图1所示。单机无穷大系统中，发电机额定有功功率300MW，额定电压20kV，经升压变和线路后与500kV无穷大系统相联，其中发电机组参数为文献〔7〕中自并励励磁系统机组参数；另外原动机和调速系统均通过数字仿真模型实现〔7〕，能够实时设定原动机出力水平，从而模拟发电机在不同系统运行方式下的有功功率。
图 1 发电机励磁系统闭环仿真模型结构
发电机机端电压Ug、整流桥触发脉冲同步电压Uz（可与Ug并联）、机端电流Ig以及励磁电流If经RTDS的模拟量输出板卡GTAO引出，经功率放大器连接至励磁调节器；励磁调节器将励磁控制电压Uc经模拟量输入板卡GTAI连接至RTDS中的数字仿真模型，从而与NES6100型励磁调节器构成数字－物理控制闭环。
该励磁仿真模型能够模拟发电机正常运行工况，首先启动RTDS的数字仿真模型将发电机空转至额定转速；其次使用NES6100型励磁调节器的就地面板进行起励建压，进入发电机空载状态；最后通过数字仿真模型的同期逻辑实现并网，并网后可在原动机和调速系统设定发电机出力，通过励磁调节器“增磁”、“减磁”按钮调节发电机输出无功功率水平。
1.2接口参数设置
在图1中，RTDS数字仿真模型向励磁调节器提供的机端电压Ug、机端电流Ig类似于实际系统的TV和TA，励磁电流If则等同于实际系统中经分流器输出的转子直流电流，因此需要在励磁调节器中设置机端电压互感器变比、机端电流互感器变比和励磁电流变比。
由于NES6100型励磁调节器在移相触发环节进行了反余弦处理，其PID输出的励磁控制电压Uc即等同于励磁电压Uf，因此在录波时将Uc设置相应变比即可得到励磁电压Uf。
2PSS参数整定算例
在RTDS数模仿真平台上，NES6100型励磁调节器运行在自动方式。设定有功功率P约为288.3MW，无功功率Q约为34.2Mvar。在PSS功能退出的工况下，依据DL/T1231—2013标准中的测试方法，在NES6100型励磁调节器工控机软件系统中设置白噪声输入通道，然后用动态信号分析仪进行发电机励磁系统无补偿相频特性测试，并读取0.1～2.0Hz低频振荡频率段的相位值见表1。
表 1 励磁系统无补偿相频特性
根据表1实测励磁系统无补偿相频特性，经临界增益试验整定出一组PSS2B参数见表2，得到励磁系统有补偿相频特性如图2所示。
图 2 励磁系统有补偿相频特性
由图2可知在低频振荡频率段0.1～2.0Hz范围内，PSS2B整定参数使得励磁系统有补偿相频特性完全满足行业标准要求。
图 3 不投 PSS 时±4%负载电压阶跃响应
图 4 投入 PSS 时±4%负载电压阶跃响
在NES6100型励磁调节器上，分别进行无PSS和投入PSS的先上
后下4%负载电压阶跃试验，试验录波分别如图3—4所示，可见投入PSS能有效地抑制振荡次数和振荡幅度。
3高压直流输电技术的内涵
高压直流输电简称HVDC，主要借助直流电无感抗、无容抗以及无需同步运行的优点而研发出的适用于大功率、远距离的输电技术。高压直流输电技术的应用领域主要集中在架空线与海底电缆，当然在一些传统三相交流输电技术不适用的场所，高压直流输电技术同样可以大显身手。高压直流输电系统（详见图5）首先将发电机所产生的三相交流电通过换流站整流转换为直流电，然后通过直流输电线路进行远距离电力传输，另一端则为逆变器，将直流电转换为三相交流电，然后供各类电气设备使用。
图 5 高压直流输电系统结构图
结语
本文提出一种在RTDS实时数字仿真平台进行PSS参数整定的方法。在RTDS实时数字仿真平台上建立励磁系统半实物仿真模型，通过实测发电机励磁系统无补偿相频特性，经PSS参数整定后进行了负载电压阶跃响应试验，试验结果表明整定参数后PSS能够较好地抑制功率振荡。该试验方法能够模拟发电机真实运行工况，方便快捷地调节发电机有功和无功水平，具有较好的灵活性。
参考文献：
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论文作者:杨建国
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
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