VSC-HVDC系统有功无功独立调节的控制策略与仿真研究

论文摘要

轻型高压直流输电（VSC-HVDC）技术是在传统直流输电基础上发展起来的一种新型输电技术,其主要部件是以绝缘栅双极晶体管（IGBT）构成的电压源换流器（VSC）。VSC-HVDC凭借着其优越的特性,已经在实际电力系统中得到了广泛地成功应用,但是在理论研究和实际应用中仍然存在很多亟待解决的问题。与传统HVDC相比,VSC-HVDC可以同时控制有功功率和无功功率是一个非常重要的特点。因此,如何有效地实现有功、无功独立调节的解耦控制就成为了一个重要的研究课题。本文首先研究了空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）在VSC控制中的应用。在分析了SVPWM用传统方法不易于实现的情况下,讨论其等效实现方法,并提出一种新的易于实现的等效方案。在VSC稳态模型的基础上,通过坐标变换,引入中间控制量A、B,从而推导出VSC功率传输方程的直角坐标形式,消除三角函数对被控量的影响;采用逆系统方法确定VSC-HVDC系统中间控制量与被控量（直流电压、无功、有功、交流电压）以及中间量与控制量（电压的相角与幅值）之间的函数关系,分析VSC-HVDC系统在连接有源和无源系统时的控制方式和要求,提出与之对应的控制策略;并针对不同的被控制量设计有功功率、无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统。采用PSCAD/EMTDC仿真软件对VSC-HVDC系统工作在有源逆变方式和无源逆变方式两种情况下分别进行了仿真试验,经反复调试,得到稳态运行波形和经整定值调节、潮流反转后各被控制量的波形变化,分析结果表明本文所采用的控制策略在VSC-HVDC系统中能够达到良好的响应速度和控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 VSC-HVDC的技术特点
• 1.3 VSC-HVDC的应用领域和工程实际
• 1.4 VSC-HVDC的国内外研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 1.6 本章小结
• 第二章 空间矢量脉宽调制法的研究
• 2.1 引言
• 2.2 PWM技术概述
• 2.2.1 SPWM的基本原理
• 2.2.2 SVPWM的基本原理
• 2.3 SVPWM控制方法的研究
• 2.3.1 电压空间矢量的合成
• 2.3.2 SVPWM的控制方法
• 2.3.2.1 零矢量均匀分布式
• 2.3.2.2 零矢量集中分布式
• 2.4 SVPWM技术的等效实现方法
• 2.4.1 基于零序分量注入的载波SVPWM实现方法
• 2.4.2 直接数字式SVPWM实现方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 VSC-HVDC系统的稳态模型及其控制策略研究
• 3.1 引言
• 3.2 VSC-HVDC的运行机理
• 3.3 VSC的稳态模型
• 3.4 VSC-HVDC的控制方式
• 3.4.1 基本控制方式
• 3.4.2 本文所采用的控制方式
• 3.5 VSC-HVDC系统两端均接有源网络的控制策略研究
• 3.5.1 基于稳态模型的定直流电压控制端的控制系统
• c、Q_s'>3.5.1.1 基于直角坐标变换的P_c、Q_s
• c、Q_s与控制量M、δ之间的函数关系'>3.5.1.2 P_c、Q_s与控制量M、δ之间的函数关系
• 3.5.1.3 定直流电压控制端的控制系统设计
• 3.5.2 基于稳态模型的定有功功率控制端的控制系统
• s、Q_s'>3.5.2.1 基于直角坐标变换的P_s、Q_s
• s、Q_s与控制量M、δ之间的函数关系及其控制系统设计'>3.5.2.2 P_s、Q_s与控制量M、δ之间的函数关系及其控制系统设计
• 3.6 VSC-HVDC系统向无源网络供电的控制策略研究
• 3.7 本章小结
• 第四章 VSC-HVDC控制系统的仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 PSCAD/EMTDC仿真软件简介
• 4.2.1 PSCAD/EMTDC的程序结构和功能特点
• 4.3 VSC-HVDC的电磁暂态仿真分析
• 4.3.1 VSC-HVDC系统连接有源网络的仿真试验及结果分析
• 4.3.1.1 稳态运行
• 4.3.1.2 PQ独立调节控制策略的仿真试验
• 4.3.2 VSC-HVDC系统向无源网络供电的仿真试验及结果分析
• 4.3.2.1 稳态运行
• 4.3.2.2 整流侧无功整定值变化
• 4.3.2.3 无源侧负荷变化
• 4.3.2.4 无源侧短路故障
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 对今后研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文