基于VSC的HVDC控制及其動(dòng)態(tài)特性研究

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1、摘要大功率電力電子技術(shù)的發(fā)展,尤其是大功率全控電力電子器件,如IGBT,IGCT,GTO的發(fā)展,使得利用VSC(VoltageSourcedConverter)技術(shù)構(gòu)成直流輸電換流站成為現(xiàn)實(shí),從而形成一種新型的VSCHVDC,這種新型直流輸電系統(tǒng)典型的代表是HVDCLight,目前輸送功率最大達(dá)到了350MW,直流電壓達(dá)到±150kV,500-1000MW將是下一代發(fā)展目標(biāo),預(yù)計(jì)隨著器件進(jìn)一步發(fā)展,VSCHVDC輸出容量會(huì)進(jìn)一步增加,損耗進(jìn)一步降低,成本也會(huì)下降。不同于傳統(tǒng)直流輸電技術(shù),這種新型直流輸電系統(tǒng)由于采用PWM控制技術(shù),能夠?qū)Q流站輸出交流電壓幅值和相角在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),而且這

2、種調(diào)節(jié)能夠迅速完成,從而也能對(duì)系統(tǒng)潮流方便進(jìn)行調(diào)節(jié)。另一方面,隨著新能源和分布式發(fā)電的發(fā)展,需要將新能源發(fā)電通過(guò)一定的變換環(huán)節(jié)輸入電網(wǎng),VSCHVDC無(wú)疑是一種合適的方式。這種新型HVDC系統(tǒng)由于采用了完全不同于傳統(tǒng)HVDC控制方式,給電力系統(tǒng)帶來(lái)了全新的特征,如何對(duì)VSCHVDC本身進(jìn)行控制以及新型直流系統(tǒng)引入后交直流系統(tǒng)之間相互影響是一個(gè)待研究的問(wèn)題,本文重點(diǎn)在于建立VSCHVDC在電力系統(tǒng)中模型基礎(chǔ)上,提出VSCHVDC控制策略,研究了引入新型HVDC系統(tǒng)后交直流系統(tǒng)間相互影響。本文在第二章建立了VSCHVDC在電力系統(tǒng)中的模型,包括AC/DC交直流混合系統(tǒng),以及含有多臺(tái)發(fā)電機(jī)和VSC

3、直流輸電系統(tǒng)的多機(jī)系統(tǒng)模型,同時(shí)也在第八章建立了多換流站的模型。第三章提出一種基于dq坐標(biāo)軸分解的有功和無(wú)功解耦控制策略,并用仿真研究了在提出的控制策略下交直流系統(tǒng)間相互影響,研究表明,在本文提出的解耦控制策略下,達(dá)到了預(yù)期控制效果,系統(tǒng)具有較好動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能;另外在第三章提出了一種VSC直流輸電系統(tǒng)的逆系統(tǒng)非線(xiàn)性控制策略,實(shí)現(xiàn)了有功和無(wú)功的解耦控制,該控制使得VSCHVDC系統(tǒng)在大擾動(dòng)情況下有較好的穩(wěn)定特性;傳統(tǒng)直流系統(tǒng)中,常用直流功率調(diào)制來(lái)改善系統(tǒng)運(yùn)行,所以在第四章,探討了在有VSCHVDC的交直流混合系統(tǒng)中,利用VSCHVDC的混合功率調(diào)制的方法來(lái)改善系統(tǒng)運(yùn)行,研究表明,在選擇合適調(diào)制信

4、號(hào)后,能夠改善系統(tǒng)在各種擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)性能。在第五章提出一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和VSC直流輸電系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略,將該優(yōu)化控制策略應(yīng)用到AC/DC以及多機(jī)系統(tǒng)中,仿真證明,在該控制策略下,交直流系統(tǒng)在發(fā)生故障或者擾動(dòng)后,能夠迅速恢復(fù)正常運(yùn)行,同時(shí),在多機(jī)系統(tǒng)中對(duì)比了采用優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略和常規(guī)的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與VSCHVDC分開(kāi)調(diào)節(jié)兩種情況,研究表明本文提出的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略顯示出比常規(guī)分開(kāi)調(diào)節(jié)方式更好的效果;在第六章分析了VSCHVDC基本控制特性,對(duì)比了相同的條件下,采用VSC直流輸電和傳統(tǒng)直流輸電給系統(tǒng)帶來(lái)的不同影響,仿真證明,采用了VSC直流輸電后,在適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄏ拢琕SC直流輸電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作

5、用更利于系統(tǒng)穩(wěn)定和運(yùn)行;第七章將遺傳算法引入到VSC直流輸電系統(tǒng)控制中,利用VSC直流輸電系統(tǒng)潮流快速控制能力,提出一種發(fā)電機(jī)和直流系統(tǒng)綜合穩(wěn)定調(diào)節(jié)算法,使交直流混合系統(tǒng)故障或者大小擾動(dòng)下具有較好動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能,并用遺傳算法對(duì)控制器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,仿真表明,用遺傳算法對(duì)控制器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后,系統(tǒng)響應(yīng)較優(yōu)化前有顯I著的改善,驗(yàn)證了遺傳算法在VSC直流輸電系統(tǒng)中應(yīng)用的有效性。VSCHVDC由于在潮流反轉(zhuǎn)時(shí)保持電壓極性不變,可以用多個(gè)VSC換流站構(gòu)成一種新型多端直流傳輸系統(tǒng),第八章利用matlab/simulink建立了有多個(gè)VSC換流站的多端直流傳輸系統(tǒng),提出一種多端HVDC的“系統(tǒng)控制+

6、站內(nèi)控制”的控制模式和單端電壓控制策略,研究了在該控制策略下,系統(tǒng)在各種擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)行為。研究表明,本文提出的控制策略適用于新型的多端直流系統(tǒng)。第九章用IGBT模塊模擬了小型直流輸電試驗(yàn)系統(tǒng),采用兩種不同硬件系統(tǒng)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分別模擬背靠背方式,以及帶有中間傳輸電纜的VSCHVDC系統(tǒng),進(jìn)行了有關(guān)試驗(yàn)研究,給出試驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞:電力電子技術(shù);電壓源型直流輸電;控制策略;穩(wěn)定;動(dòng)態(tài)性能;多端直流IIABSTRACTWiththedevelopmentofpowerelectronicscomponent,especiallyhighpowerturn-offpowerelectroniccomp

7、onents,suchasIGBT,IGCTandGTO,nowitisfeasibletoformvoltagesourcedconverters(VSC)forHVDCtransmission,itisVSCHVDC.TypicalrepresentsofVSCHVDCisHVDCLight.Presently,converterstationsareavailableforpowersup350MW.A

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