论文题目: 新型多端直流输电系统的运行与控制
论文类型: 博士论文
论文专业: 电力系统及其自动化
作者: 陈谦
导师: 唐国庆
关键词: 直流输电,新型直流输电,多端直流输电,多端新型直流输电,交直流潮流
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着交流电力系统的发展其固有的一些缺点也逐渐显现出来例如交流远距离输电的稳定性问题等而传统直流输电在某些领域具有交流输电不可比拟的优势例如远距离输电大系统非同步互联等因此二十世纪60年代以后基于相控换流器PCC传统直流输电获得了长足的发展并发展为当前交直流互联电网并且在未来的电力系统中仍将有很大的发展空间但是传统直流输电仍有许多不足之处例如不能向小容量交流系统及不含旋转电机的负荷供电换流器产生的谐波次数低容量大换流器吸收较多的无功功率换流站投资大等因而基于PCC技术的传统HVDC输电虽是一门成熟的技术但在与交流输电的竞争中处于不利地位其应用领域局限在220kV及以上电压等级的远距离大容量输电海底电缆输电及不同额定频率或相同额定频率交流系统间的非同步互联等方面新型直流输电(VSC-HVDC)技术是指采用全控型功率半导体器件的电压源换流器的直流输电技术上个世纪90年代以来采用VSC的新型直流输电技术得到了迅速发展并且已有实际两端系统投入商业运行因此本文将主要致力于研究基于VSC换流器的新型多端系统的运行与控制问题 由于VSC-MTDC是由VSC换流器构成的多端直流系统因此它不仅具有上文所述的两端VSC-HVDC系统的特点而且具有多端系统(MTDC)的经济灵活等特点虽然多端系统比两端系统具有更高的经济性与灵活性但是多端系统的运行控制更为复杂另外与两端系统不同的是通常MTDC系统还需要设置上层控制器上层控制的作用是在稳态运行状态下根据系统潮流变化为系统中各个换流器提供优化后的指令值在非正常运行状态下如直流侧故障或交流侧故障后上层控制根据系统结构与运行参数的变化协调系统进入正常工作状态本文首先建立了dq0坐标下VSC换流器静态模型并针对该模型设计了带有前馈环节的PI控制器该换流器模型不仅考虑了换流损耗而且交直流相互解耦非常有利于工程控制实现这是采用这种模型的一个重要优点随后以该模型为基础分别研究了与有源交流网络或与无源交流网络相联的VSC控制系统并为这些VSC-HVDC换流器设计了相应的本地控制器该控制方案具有线性解耦的特点其次本文研究并总结了多种多端系统并联运行的方式并针对不同运行模式下的VSC换流器进行了控制器参数设计经过总结与分析提出了适用于VSC-MTDC的两种运行模式,即电压下降方式和主从式控制方式并提出了一种改进的多点直流电压控制方法该多点直流电压控制方法结合了电压下降方式和主从式控制方式的优点不仅可以改善直流电压的质量而且可以提高换流器利用率接着本文针对不同的换流器并联运行模式研究了多端VSC系统运行调节问题并进行了相应的上层控制器设计随后本文研究了包含VSC换流器的交直流混合潮流计算问题本文在综合VSC-HVDC的工作原理及控制方式的基础上导出了适用于新型HVDC系统潮流计算的稳态数学模型推导了换流器等效注入功率的计算方法并针对多端直流系统设计了交直流潮流交替计算方法采用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但是由于没有考虑交直流系统的相互耦合因此收敛性较差计算效率较低因此文中设计了改进的交直流潮流统一计算方法该方法既简化了编程又提高了程序的收敛性实际算例证明了这些模型和算法的正确性及有效性但是由于直流系统方程求解困难因而改进的交直流潮流统一潮流算法应用受到了一定限制因此作者进一步提出了改进的交替求解法该方法不仅具有统一法和交替法的优点而且具有较强的适应性以及较高的计算效率最后作者研究了并联系统的静态稳定性以及运行问题文中阐述了多端系统静态稳定问题的实质随后引入了混合势函数的概念并将其扩展到多端VSC-HVDC系统VSC-MTDC稳定性的分析该势函数可以视为一种李雅普诺夫能量函数通过李雅普诺夫第二类稳定性判别准则就可以判定电路是否稳定该方法不仅对理论研究具有参考价值而且对于具体的工程设计也提供了一种实用的判定准则此外本文对VSC多端系统的运行与保护特点也进行了初步的研究与探讨
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 传统直流输电简介
1.1.1 直流输电的发展历史
1.1.2 传统ＨＶＤＣ的特点
1.1.3 传统ＨＶＤＣ的局限性
1.2 新型直流输电
1.2.1 电压源换流器
1.2.2 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ的原理
1.2.3 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ的应用与特点
1.2.4 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ与ＦＡＣＴＳ的比较
1.2.5 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ的研究及应用状况
1.2.6 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ研究前景
1.3 多端ＶＳＣ－ＨＶＤＣ系统简介
1.3.1 多端直流输电系统的基本原理
1.3.2 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ与Ｈｙｂｒｉｄ－ＭＴＤＣ的应用与特点
1.3.3 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ与多端组合型ＦＡＣＴＳ的比较
1.4 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ与ＶＳＣ－ＭＴＤＣ研究现状
1.4.1 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ与ＶＳＣ－ＭＴＤＣ的总体研究现状
1.4.2 ＶＳＣ换流器建模与控制器设计
1.4.3 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ运行方式与直流电压控制
1.4.4 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统上层控制
1.4.5 包含ＶＳＣ换流器的交直流潮流
1.4.6 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ的保护
1.4.7 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ的静态稳定性
1.5 本文主要研究工作
第二章 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ模型与本地控制器设计
2.1 引言
2.2 三相ＶＳＣ的abc 坐标数学模型
2.2.1 ＶＳＣ的一般数学模型
2.2.2 采用开关函数描述的三相ＶＳＣ高频模型
2.2.3 三相ＶＳＣ的低频数学模型
2.3 三相ＶＳＣ的dq0 坐标数学模型
2.3.1 dq0 坐标下三相ＶＳＣ的低频动态模型
2.3.2 dq0 坐标系中三相ＶＳＣ的低频静态模型
2.4 与有源网络相联的ＶＳＣ本地控制器设计
2.4.1 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ换流器的本地控制方式
2.4.2 与有源网络相联的换流站稳态控制器设计
2.4.2.1 有功功率控制器
2.4.2.2 无功功率控制器
2.4.2.3 调制波合成
2.4.3 仿真分析
2.4.3.1 换流器１（整流器）电压指令抬升实验
2.4.3.2 换流器１整流器无功功率指令抬升实验
2.4.3.3 换流器２逆变器电流指令抬升实验
2.4.3.4 换流器２逆变器无功功率指令抬升实验
2.4.3.5 仿真结论
2.5 与无源网络相联的换流站稳态控制器设计
2.5.1 与无源网络相联的换流站稳态控制器设计
2.5.2 仿真分析
2.5.2.1 换流器２（逆变器）交流电压指令抬升实验
2.5.2.2 换流器１（整流器）电压指令抬升实验
2.5.2.3 换流器２逆变器电阻负荷接入实验
2.5.2.4 换流器２逆变器电感负荷接入实验
2.5.2.5 仿真结论
2.6 本章小结
第三章 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ并联运行模式与直流电压控制
3.1 引言
3.2 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ的电压下降控制方式
3.2.1 ＶＳＣ电压下降控制方式
3.2.2 下降式电压控制器参数设计
3.2.3 电压下降式控制器的偏移量控制
3.2.4 仿真分析
3.2.4.1 换流器２（逆变器）电流指令抬升实验１
3.2.4.2 换流器２（逆变器）电流指令抬升实验２
3.2.4.3 采用稳态基准功率修正方法的下降电压偏移量控制
3.2.4.4 采用直流电压参考值修正方法的下降电压偏移量控制
3.3 ＶＳＣ换流站主从式电压控制
3.3.1 统一控制
3.3.2 裕度控制
3.3.3 仿真分析
3.3.3.1 采用统一控制时电流指令抬升实验
3.3.3.2 采用裕度控制时电流指令抬升实验
3.4 改进的多点主从式电压控制
3.4.1 改进的电压控制器
3.4.2 仿真分析
3.4.2.1 单点直流电压控制时功率抬升实验
3.4.2.2 多点直流电压控制时功率抬升实验
3.4.2.3 仿真结论
3.5 ＶＳＣ等效简化模型
3.6 本章小结
第四章 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统上层控制
4.1 引言
4.2 上层控制器的通用设计
4.3 适用于电压下降方式的多端系统上层控制
4.3.1 采用电压下降控制的多端系统的控制特性
4.3.2 上层控制器设计
4.3.3 仿真分析
4.4 适用于主从控制方式的多端系统的上层控制
4.4.1 统一控制方式
4.4.2 裕度控制方式
4.4.2.1 电流裕度控制
4.4.2.2 电压裕度控制
4.5 适用于多点电压控制的ＶＳＣ多端系统上层控制
4.6 混合多端系统的上层控制
4.7 本章小结
第五章 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统的潮流计算
5.1 引言
5.2 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ潮流计算的数学模型
5.2.1 交直流电力系统潮流计算的数学描述
5.2.2 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ换流器模型
5.2.3 ＶＳＣ－ＨＶＤＣ换流器运行控制方案
5.2.4 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ直流网络模型
5.2.5 交直流潮流计算方法
5.2.6 潮流计算的标么制
5.3 交直流潮流交替算法
5.3.1 交直流潮流交替求解的接口方程
5.3.1.1 换流器按给定控制参数运行
5.3.1.2 ＰＷＭ相位角按给定控制参数运行
5.3.1.3 调制度Ｍ按给定控制参数运行
5.3.1.4 换流器按给定控制目标运行
5.3.2 交直流潮流交替求解过程
5.3.3 算例分析
5.3.3.1 换流器４按给定控制参数运行
5.3.3.2 换流器４ＰＷＭ相位角按给定控制参数运行
5.3.3.3 换流器４调制度Ｍ按给定控制参数运行
5.3.3.4 换流器４按给定控制目标运行
5.4 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ潮流统一算法
5.4.1 统一解法
5.4.2 改进的统一解法
5.4.3 算例分析
5.5 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ潮流的改进交替算法
5.5.1 改进交替算法的原理
5.5.2 算例分析
5.6 本章小结
第六章 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统运行与静态稳定性分析
6.1 引言
6.2 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统的静态稳定性分析
6.2.1 平衡点判定
6.2.2 混合势函数判定
6.2.2.1 混合势函数基本原理
6.2.2.2 多端ＶＳＣ－ＨＶＤＣ系统的静态稳定性
6.2.3 仿真实验
6.3 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统的运行
6.3.1 换流站构成
6.3.2 系统启动
6.3.3 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统的保护
6.3.4 ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统的故障后恢复
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 本文工作总结
7.2 后续工作展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
附件
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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- [2].滤波换相换流器及其对直流输电系统稳定性影响分析[D]. 李季.湖南大学2008
- [3].含风电及多端口直流—直流换流器的直流系统建模与控制[D]. 苗璐.华中科技大学2016
- [4].高压直流输电系统换流器与线路保护动态特性分析与整定研究[D]. 韩昆仑.华南理工大学2013
- [5].电流型电力变换技术及其在HVDC中的应用[D]. 赵建阳.河北工业大学2016
- [6].基于模块化多电平换流器的直流输电系统控制策略研究[D]. 管敏渊.浙江大学2013
- [7].大容量海上风电机组并网与电力传输技术研究[D]. 李响.华北电力大学2014
- [8].模块化多电平换流器及其控制技术研究[D]. 李彬彬.哈尔滨工业大学2017
- [9].模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究[D]. 许建中.华北电力大学2014
- [10].基于多电平换流器的柔性直流输电技术若干关键问题研究[D]. 胡鹏飞.浙江大学2015
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