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基于VSC的HVDC控制及其动态特性研究

胡兆庆  
【摘要】:大功率电力电子技术的发展, 尤其是大功率全控电力电子器件, 如IGBT,IGCT,GTO 的发展,使得利用VSC(Voltage Sourced Converter)技术构成直流输电换流站成为现实,从而形成一种新型的VSC HVDC,这种新型直流输电系统典型的代表是HVDC Light,目前输送功率最大达到了350MW,直流电压达到±150kV,500-1000MW 将是下一代发展目标,预计随着器件进一步发展,VSC HVDC 输出容量会进一步增加,损耗进一步降低,成本也会下降。不同于传统直流输电技术,这种新型直流输电系统由于采用PWM 控制技术,能够对换流站输出交流电压幅值和相角在一定范围内连续可调,而且这种调节能够迅速完成,从而也能对系统潮流方便进行调节。另一方面,随着新能源和分布式发电的发展,需要将新能源发电通过一定的变换环节输入电网,VSC HVDC 无疑是一种合适的方式。这种新型HVDC 系统由于采用了完全不同于传统HVDC 控制方式,给电力系统带来了全新的特征,如何对VSC HVDC 本身进行控制以及新型直流系统引入后交直流系统之间相互影响是一个待研究的问题,本文重点在于建立VSC HVDC 在电力系统中模型基础上,提出VSC HVDC控制策略,研究了引入新型HVDC 系统后交直流系统间相互影响。 本文在第二章建立了VSC HVDC 在电力系统中的模型,包括AC/DC 交直流混合系统,以及含有多台发电机和VSC 直流输电系统的多机系统模型,同时也在第八章建立了多换流站的模型。第三章提出一种基于dq 坐标轴分解的有功和无功解耦控制策略,并用仿真研究了在提出的控制策略下交直流系统间相互影响,研究表明,在本文提出的解耦控制策略下,达到了预期控制效果,系统具有较好动态响应性能; 另外在第三章提出了一种VSC 直流输电系统的逆系统非线性控制策略,实现了有功和无功的解耦控制,该控制使得VSC HVDC 系统在大扰动情况下有较好的稳定特性; 传统直流系统中,常用直流功率调制来改善系统运行,所以在第四章,探讨了在有VSC HVDC的交直流混合系统中,利用VSC HVDC 的混合功率调制的方法来改善系统运行,研究表明,在选择合适调制信号后,能够改善系统在各种扰动下的动态性能。 在第五章提出一种发电机励磁和VSC 直流输电系统的优化协调控制策略,将该优化控制策略应用到AC/DC 以及多机系统中,仿真证明,在该控制策略下,交直流系统在发生故障或者扰动后,能够迅速恢复正常运行,同时,在多机系统中对比了采用优化协调控制策略和常规的发电机系统与VSC HVDC 分开调节两种情况,研究表明本文提出的优化协调控制策略显示出比常规分开调节方式更好的效果; 在第六章分析了VSC HVDC 基本控制特性,对比了相同的条件下,采用VSC 直流输电和传统直流输电给系统带来的不同影响,仿真证明,采用了VSC 直流输电后,在适当的控制算法下,VSC 直流输电系统的调节作用更利于系统稳定和运行; 第七章将遗传算法引入到VSC 直流输电系统控制中,利用VSC 直流输电系统潮流快速控制能力,提出一种发电机和直流系统综合稳定调节算法,使交直流混合系统故障或者大小扰动下具有较好动态响应性能,并用遗传算法对控制器相关参数进行了优化,仿真表明,用遗传算法对控制器相关参数进行优化后,系统响应较优化前有显


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