轻型高压直流输电系统建模及其损耗分析

论文摘要

随着电力半导体技术的快速发展和脉宽调制技术的应用,基于电压源换流器(VSC)技术的新一代高压直流输电已经成为现实。这种换流器功能强,体积小,可以减少换流站的滤波装置,简化换流站结构,称之为轻型高压直流输电(HVDC Light)。HVDC Light技术涉及电气技术、现代电力电子技术、自动控制理论等诸多学科领域。由于具备向无源网络供电、对有功功率和无功功率快速独立地控制、易于构成多端网络和环境友好等优异性能,HVDC Light在输电和配电领域都有着非常广泛的应用前景,吸引了国内外工业界和学术界的广泛关注。然而其出现和发展时间还不长,尤其在我国尚无实际工程应用的情况下,许多基础理论和相关的应用问题还需要深入研究。本文的主要内容包括：1.本文首先简单介绍了HVDC Light系统的基本结构和组成,接着从VSC的单相电路结构入手,简要地分析了HVDC Light系统的工作原理及控制方式。2.建立了系统的稳态和暂态数学模型。并进一步通过坐标变换建立了同步旋转dqO坐标系下的暂态模型,并设计了相应的解耦控制器,通过搭建HVDC Light系统的MATLAB仿真模型,验证了数学模型的正确性和所设计控制器的良好控制性能。3.研究了包含VSC换流器的交直流混合潮流计算问题。基于所推导的适用于HVDC Light系统牛顿拉夫逊法潮流计算的稳态数学模型,提出了一种交直流潮流计算的交替求解算法,采用该交替算法的交直流潮流程序具有结构清晰、编程简单、程序通用性好等特点。通过一个算例验证了模型和算法的正确性及有效性。4.轻型直流输电的损耗较高,这也是其广泛应用的一个主要障碍。针对这一特点,分析了轻型直流输电系统的损耗组成,并给出了换流器、滤波器等设备损耗的计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.1.1 传统高压直流输电
• 1.1.2 轻型高压直流输电
• 1.1.3 本课题的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 工程应用现状
• 1.4 本文工作
• 第2章 HVDC Light系统结构及工作原理
• 2.1 系统基本结构和组成
• 2.2 运行原理
• 2.3 稳态功率特性
• 2.4 VSC基本控制方式
• 2.5 本章小结
• 第3章 HVDC Light系统建模及控制器设计
• 3.1 HVDC Light稳态模型
• 3.2 HVDC Light暂态模型
• 3.2.1 三相静止坐标系下的暂态模型
• 3.2.2 同步旋转坐标系下的暂态模型
• 3.3 控制器的设计
• 3.3.1 内环控制器设计
• 3.3.2 外环控制器设计
• 3.4 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 HVDC Light系统潮流计算
• 4.1 简单电力系统潮流计算的数学模型
• 4.1.1 节点电压方程和导纳矩阵
• 4.1.2 节点功率方程式
• 4.1.3 潮流计算的节点类型
• 4.2 牛顿拉夫逊法潮流计算的基本原理
• 4.1.1 牛顿-拉夫逊法的一般概念
• 4.1.2 牛顿-拉夫逊法潮流计算
• 4.3 HVDC Light系统的潮流计算
• 4.3.1 HVDC Light的标幺值系统
• 4.3.2 交替潮流计算的数学模型
• 4.3.3 交替潮流计算求解算法
• 4.4 潮流仿真算例及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 HVDC Light系统损耗分析
• 5.1 系统损耗的分类
• 5.2 换流站损耗
• 5.2.1 电压源换流器损耗
• 5.2.2 交流滤波器损耗
• 5.2.3 换流变压器损耗
• 5.2.4 换流电抗器损耗
• 5.3 直流输电线路损耗
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所取得的成果