论文摘要
随着可关断电力电子器件（Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT; Gate-Turn Off Thyrisitor, GTO等）和PWM技术的发展,基于电压源换流器的轻型高压直流输电（Voltage Sourced Converter-High Voltage Direct Current, VSC-HVDC）系统越来越受到人们的关注。与传统的HVDC输电系统相比,该输电技术具有可向无源网络供电、无换相失败危险、有功功率和无功功率独立控制和易于构成多端直流输电系统等优点。本文着重研究VSC-HVDC输电系统的非线性控制策略。第一种方法,建立起双端无穷大VSC-HVDC输电系统在同步旋转dq坐标系下的暂态非线性数学模型,采用状态反馈精确线性化的方法,把非线性的数学模型转化成线性的形式。然后,运用变结构的控制方法,设计整流侧和逆变侧的控制器,从而实现直流侧电压恒定和有功、无功功率的独立解耦控制；第二种采用无源性理论的方法,建立VSC在同步旋转dq坐标系下的暂态非线性数学模型,验证了系统的无源性。外环采用定直流侧电压和定有功功率、无功功率来生成内环dq轴参考电流id*,iq*；内环采用无源性理论的控制方法,设计无源性控制器,用来追踪参考电流,以达到控制直流侧电压和独立调节有功和无功功率的目的。最后,基于MATLAB的仿真结果表明了该控制器能实现有功功率和无功独立控制,在负载扰动的情况下,具有良好的暂态控制性能和很强的鲁棒性。本文还建立了对无源网络供电的VSC-HVDC输电系统的数学模型,整流侧采用状态反馈精确线性化的方法对非线性数学模型进行解耦,然后用变结构的控制方法设计控制器；逆变侧利用稳态数学模型,利用前馈解耦的控制方法设计控制器。最后,基于MATLAB的仿真结果表明该控制器具有良好的启动和故障恢复性能,也能实现有功功率和无功独立控制。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 HVDC的发展过程和现状1.2 HVDC技术的特点和局限性1.3 VSC-HVDC的技术特点和应用领域1.4 VSC-HVDC的应用现状1.5 VSC-HVDC的研究现状1.5.1 VSC-HVDC系统工作原理和数学模型研究1.5.2 VSC-HVDC系统的控制器设计研究1.5.3 VSC-HVDC系统的保护和控制策略研究1.5.4 VSC-HVDC系统调制波的生成方法研究1.5.5 VSC-HVDC系统在实际领域中的应用研究1.6 课题的主要工作第二章 VSC-HVDC的运行原理和数学模型2.1 VSC-HVDC的运行原理和数学模型2.1.1 VSC-HVDC的运行原理2.1.2 VSC-HVDC的数学模型第三章 非线性系统理论3.1 多输入多输出非线性系统状态反馈精确线性化设计原理3.1.1 状态反馈精确线性化涉及的几个基本概念3.1.2 状态反馈精确线性化的条件3.1.3 状态反馈精确线性化方法的设计方法3.2 变结构控制理论3.2.1 变结构控制的基本问题3.2.2 滑模变结构控制的设计3.3 无源性控制理论3.3.1 无源性的概念3.3.2 系统的无源性和稳定性3.3.3 欧拉-拉格朗日系统第四章 基于精确线性化变结构的VSC-HVDC的控制器设计4.1 VSC-HVDC系统控制方式4.2 选择合适的系统输入、输出量4.3 系统的精确线性化和变结构控制器设计4.3.1 VSC-HVDC的精确线性化解耦4.3.2 变结构控制器设计4.4 VSC-HVDC输电系统MATLAB仿真4.4.1 有功功率反转实验4.4.2 无功功率阶跃响应实验4.4.3 系统电压阶跃响应实验4.4.4 换流站参数摄动实验第五章 VSC-HVDC系统的无源性控制器设计5.1 三相电压型PWM换流器结构5.2 无源性控制器设计5.2.1 VSC-HVDC内环参考电流计算5.2.2 内环无源控制器设计5.3 仿真分析5.3.1 系统启动到稳态实验5.3.2 有功功率、无功功率阶跃响应5.3.3 逆变侧三相接地短路故障实验第六章 对无源网络供电的VSC-HVDC系统控制器设计6.1 向无源网络供电的VSC-HVDC输电系统结构图和数学模型6.2 整流侧和逆变侧的控制器设计6.3 VSC-HVDC输电系统仿真与分析6.3.1 启动实验6.3.2 有功功率和无功功率的阶跃响应6.3.3 逆变侧交流电压的阶跃响应本章小结结论和展望致谢参考文献攻读硕士学位期间发表论文
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