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《中国电力科学研究院》 2006年
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基于电压源换流器的高压直流输电系统数学建模与仿真分析

郑超  
【摘要】:随着可关断器件性能的改进以及容量的提升,基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)已经成为现实。VSC-HVDC以其独特的技术优点,正吸引着国内外电力学者以及电力规划、设计和运行人员越来越多的关注。在我国,对该项输电技术的研究尚属于起步阶段。本论文着重研究VSC-HVDC输电系统的数学建模、仿真方法以及其对交流输电系统暂态特性的影响。 本论文首先分析了电压源换流器的稳态功率特性,确定了对应VSC稳态运行状态的四个变量。建立了适用于牛顿法潮流计算的VSC-HVDC稳态数学模型,鉴于VSC-HVDC输电系统中各VSC的控制对象大多为交流变量的特点,提出了VSC-HVDC交直流混合系统潮流的交替求解算法,算法中计及了VSC的容量约束。该潮流算法可为含有VSC-HVDC装置的系统暂态仿真提供变量初值。 基于节点电流注入法,建立了VSC-HVDC输电系统的暂态稳定分析模型,该模型包括:VSC交流侧准稳态模型、直流输电系统内部动态模型以及控制系统模型三个部分。利用电力系统分析综合程序(PSASP)提供的用户自定义(UD)功能,实现了对VSC-HVDC交直流并联、并列输电系统的暂态稳定分析。 建立了VSC-HVDC小干扰稳定分析模型。通过对频域响应的系统辨识以及时域响应的Prony辨识,分别在单机交直流并联以及多机交直流并列输电系统中,得到了VSC-HVDC有功功率设定值与其交流并联、并列输电线路有功功率之间的开环传递函数。在此基础上,并利用极点配置技术,设计了VSC-HVDC的附加低频振荡阻尼控制器。系统的大扰动非线性仿真表明,配备附加阻尼控制器的VSC-HVDC能够显著增加系统的振荡阻尼,有效地抑制低频振荡。 采用单极性二值逻辑开关函数,建立了VSC-HVDC的开关函数暂态模型,该模型是对VSC-HVDC拓扑变换过程的详细描述,因此可精确地反映出VSC-HVDC内部各物理量的变化过程。进一步通过忽略开关函数中的高频分量,建立了同步旋转dq0坐标系下的VSC暂态模型,并设计了相应的解耦控制器,实现了VSC交流有功功率和无功功率的独立控制。 基于隐式梯形积分算法,建立了VSC-HVDC详细的电磁暂态仿真模型,并基于PSASP提供的用户自定义程序接口(UPI)功能,提出了VSC-HVDC/AC交直流机电电磁混合仿真算法。通过与电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中仿真电路模型计算结果的对比,验证了VSC-HVDC电磁暂态仿真模型以及混合仿真算法的正确性。此外,还分析了VSC交流侧采用电磁暂态模型与采用准稳态模型时的仿真计算精度。 利用PSCAD/EMTDC搭建了多端VSC-HVDC的仿真电路模型,设计了VSC向无源网络供电时的控制系统。仿真分析了无源阻感负荷功率波动、感应电动机再生反馈电力、有源网络不对称短路故障等扰动,对多端VSC-HVDC运行特性的影响。
【学位授予单位】:中国电力科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TM721.1;TM743

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 孙峰;叶鹏;蔡志远;赵洪菊;;轻型直流输电技术的应用与展望[A];第十一届全国电工数学学术年会论文集[C];2007年
10 韩蓬;;基于补偿法的线路开断模拟[A];山东电机工程学会第四届供电专业学术交流会论文集[C];2007年
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10 徐东杰;互联电力系统低频振荡分析方法与控制策略研究[D];华北电力大学(北京);2004年
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1 张颖;基于UPFC时变动态相量模型的电力系统混合暂态仿真[D];河海大学;2006年
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
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10 寅新艺;加速器质谱测量~(151)Sm的方法研究[D];中国原子能科学研究院;2007年
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1 所云鹏;中铁西南科学研究院转制及企业管理战略研究[D];西南财经大学;2003年
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3 方竹;基于静态安全域的电网在线安全监视方法与实现研究[D];中国电力科学研究院;2007年
4 黄蕾;并联逆变器控制技术的研究[D];南京航空航天大学;2004年
5 何国庆;基于电压源换流器的高压直流输电技术在风电场并网中的应用研究[D];中国电力科学研究院;2008年
6 郭涛;甘肃土木工程科学研究院市场营销策略研究[D];兰州大学;2006年
7 史云鹏;超导储能系统用变流器控制的研究[D];浙江大学;2006年
8 冯双磊;基于PSCAD/EMTDC的变速风电机组控制系统仿真研究[D];中国电力科学研究院;2005年
9 孙刚;基于安全域的电力系统优化潮流[D];天津大学;2005年
10 任晓萍;基于GPRS的电力参数测试仪设计[D];吉林大学;2008年
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