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提高含VSC-HVDC系统稳定性的最优控制策略研究

陶帅  
【摘要】:随着电力电子器件和控制技术的发展,柔性直流输电技术在国内外得到了日益广泛的应用。基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有可向弱交流电网甚至无源网络供电、换流站间无需通信、换流站有功与无功可独立快速控制、易于构建多端直流输电网等众多优点。这使得VSC-HVDC可广泛应用于电网互联、大规模风电并网、城市配网增容及电能质量提高等领域。但现有控制方式存在以下问题:1)传统直接电流控制方式下内环d-q电流难以实现完全解耦;2)当交流系统遭遇不同类型的扰动时,现有VSC-HVDC控制策略对系统稳定性的改善作用仍有待提高。为此本文开展了以下研究工作:1)将目前已有的同步逆变器思想应用到VSC-HVDC建模中,其中柔性直流输电系统中整流器和逆变器分别被看做一台等效同步电动机和等效同步发电机,两者通过直流线路相连。同时借鉴已有同步发电机和电动机模型,本文建立了含VSC-HVDC输电系统的双机等值模型。2)为避免传统控制器中d-q坐标变换过程带来的内环电流难以完全解耦问题及充分利用同步电机的转动惯性和调频调压控制特性去进一步提高含VSC-HVDC系统的稳定性,本文基于所建立的VSC-HVDC双机等值模型设计了一种具有下垂特性的类同步机控制器代替传统外环电压内环电流控制器,并且为实现类同步机控制器的顺利并网,进行了控制器并网的优化设计。3)为进一步利用VSC-HVDC的快速功率调节提高系统的稳定性,并鉴于Bang-bang控制方式在大幅度扰动作用下较常规PID控制的优越性,本文提出了基于发电机功角变化量的Bang-bang附加控制策略,从而进一步提高了含VSC-HVDC系统的暂态稳定性。


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