轻型高压直流输电控制策略研究

论文摘要

随着全控型功率半导体器件的发展以及在电力系统上的广泛运用,基于电压源换流器的轻型高压直流输电技术已逐渐成为未来电网发展的趋势,它不仅具有传统高压直流输电的优点,而且可以灵活实现潮流反转以及有功功率和无功功率的独立控制,这些独特的优点吸引了越来越多的国内外学者从事关于VSC-HVDC的研究。本文介绍了VSC-HVDC的基本原理和控制方式,建立了基于同步旋转坐标系的VSC-HVDC暂态数学模型,并针对该模型引入了直接反馈解耦的控制策略,设计了功率内环、电压外环的双环控制器,实现了对电压源换流器高压直流输电有功功率和无功功率的解耦。重点分析了VSC-HVDC输电系统的非线性控制策略,由于VSC-HVDC系统数学模型是一个多输入、多输出的强耦合非线性系统,利用逆系统线性化理论实现电压源换流器高压直流输电的线性化解耦,并构造伪线性系统数学模型以便于整流端和逆变端控制器的设计。最后,运用滑模变结构控制理论设计控制器,实现对有功功率和无功功率的独立控制,保证系统在大扰动条件下的动态稳定性。文中以VSC-HVDC的暂态数学模型为基础,分别分析了VSC-HVDC向有源网络供电以及无源网络供电的两种方式,通过仿真分析验证了基于逆系统方法的变结构控制器在系统大扰动情况下的动态稳定性,与直接反馈解耦控制方式相比较具有明显的优越性。并在无源网络供电的方式下,在逆变侧设计了定交流电压控制器,体现了VSC-HVDC向无源负载供电的动态稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 传统高压直流输电简介
• 1.1.1 高压直流输电的发展历史与现状
• 1.1.2 传统直流输电技术的特点与局限性
• 1.2 轻型直流输电技术
• 1.2.1 轻型直流输电技术简介
• 1.2.2 VSC-HVDC输电技术的发展现状
• 1.2.3 新型直流输电的技术特点与应用
• 1.2.4 新型直流输电的研究与应用现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 非线性控制理论
• 2.1 逆系统方法
• 2.1.1 系统的可逆性定义
• 2.1.2 相对阶的定义
• 2.2 滑模变结构控制
• 2.2.1 滑模控制的基本问题
• 2.2.2 单输入系统的变结构控制原理
• 2.2.3 等效控制
• 2.2.4 多输入系统的变结构控制原理
• 第三章 新型高压直流输电系统的建模与控制器设计
• 3.1 VSC-HVDC的基本原理
• 3.2 VSC-HVDC系统控制方式
• 3.3 三相VSC由abc坐标到dq坐标暂态数学模型
• 3.4 基于前馈解耦的VSC-HVDC两端VSC控制器设计
• 3.4.1 连接两端有源系统的VSC-HVDC两端控制器设计
• 3.4.2 VSC-HVDC逆变端控制器的设计
• 3.5 基于逆系统的VSC-HVDC滑模变结构控制
• 3.5.1 VSC-HVDC系统的可逆性分析
• 3.5.2 VSC-HVDC系统的逆系统标准型分析
• 3.5.3 隐动态的稳定性分析
• 3.5.4 VSC-HVDC的滑模变结构控制器的设计
• 3.6 滑模变结构控制仿真分析
• 3.7 前馈解耦控制仿真分析
• 本章小结
• 第四章 连接无源网络的VSC-HVDC控制器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 VSC-HVDC向无源网络供电送电端控制器设计
• 4.2.1 VSC-HVDC换流站在同步旋转坐标系下数学模型
• 4.2.2 系统模型的线性化
• 4.2.3 滑模变结构控制器的设计
• 4.3 VSC-HVDC向无源网络供电的仿真分析
• 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位发表论文