向孤岛电网供电的柔性直流逆变站控制策略研究

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1、国内图书分类号：TM712密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文向孤岛电网供电的柔性直流逆变站控制策略研究年级二〇一五级姓名陈大林申请学位级别工学硕士专业电力系统及其自动化指导老师王晓茹教授二〇一八年四月ClassifiedIndex:TM712U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONCONTROLSTRATEGYOFVSC-HVDCINVERTERSUPPLYINGPOWERTOT

2、HEISOLATEDGRIDGrade:2015Candidate:CHENDalinAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:PowerSystemandItsAutomationSupervisor:Prof.WANGXiaoruApr.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着电力电子技术的发展，基于电压源换流器和脉宽调制技术的柔性直流输电VSC-HVDC得到了研究和应用。随着海上钻井平台的规模不断扩大和海岛的开发，其内部用电负荷也随之增加

3、，当孤岛电网内已配置的电源无法满足其负荷增加需求，由VSC-HVDC向孤岛电网供电的输电模式得到越来越多的关注。由于孤岛电网其基本特点是电压和频率波动范围较大，受负荷运行影响明显，为了保证VSC-HVDC向孤岛电网供电的可靠性，势必需要根据孤岛电网的特点对VSC-HVDC的控制策略进行研究，因此，研究孤岛电网不同运行状态时的VSC-HVDC控制策略对提高其供电可靠性有着深远意义。在此背景下，本文针对向孤岛电网供电的柔性直流输电系统逆变站控制策略进行了以下研究：首先，针对孤岛电网在运行中从有源电网变

4、为无源电网的情况，设计了向孤岛电网供电的柔性直流逆变换流站的控制切换方式，并且提出了相角跟随和有功功率优先两个控制策略。在PSCAD上搭建VSC-HVDC向孤岛电网供电的电磁暂态仿真模型，通过仿真模型仿真验证，说明了相角跟随和有功功率优先控制策略的正确性。该切换方案能够有效解决孤岛电网从有源电网变为无源电网的情况柔性直流向其供电问题，保证供电的可靠性和连续性其次，考虑到故障的随机性，切换时刻无法准确获得，提出了柔性直流逆变站附加频率控制，通用于孤岛为有源状态和无源状态，无需控制切换即可应对孤岛电网

5、的状态变化。基于感应电动机数学模型推导出的孤岛电网传递函数模型；基于极点配置设计的附加频率二阶控制器，通过仿真验证，该控制器不仅在孤岛电网由有源电网变为无源电网时维持电网的稳定，并且在孤岛为有源电网或者无源电网时均可抑制电网的扰动，对有源电网和无源电网实现无差别的有效控制。最后，考虑到孤岛电网运行方式的多样性，建立的孤岛电网数学模型参数存在不确定性，基于鲁棒控制理论设计了VSC逆变站附加频率鲁棒控制器，不仅在孤岛为有源网络和无源网络的两种工况均有效，而且在孤岛的不同负荷运行方式下均具有很好的控制器

6、效果，控制器具有鲁棒性。通过PSCAD仿真验证，证明了所提出的鲁棒附加控制器的有效性和鲁棒性，可实现直流系统向有源系统和无源系统持续以及多种负荷运行状态下的孤岛可靠供电。关键词：柔性直流输电系统；无源电网；附加频率控制；极点配置；鲁棒控制西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththedevelopmentofpowerelectronicsandpowersystem,highvoltagedirectcurrenttransmissionsystembasedonvolta

7、gesourceconverter(VSC-HVDC)hasbeenresearchedandappliedwidely.Withtheexpansionoftheoffshoredrillingplatformandthedevelopmentoftheisland,thepowerconsumptionoftheoffshoredrillingplatformhasalsoincreased.Moreandmoreattentionhasbeenpaidtothemodeofpowertran

8、smissionfromtheVSC-HVDCtotheislandgridwhentheinstalledpowersupplyintheislandisunabletosatisfythedemandfortheincreasedload.InordertoensurethereliabilityofVSC-HVDCpowersupplytotheisolatedislandgrid,itisnecessarytostudythecontrolstrategyofVSC-HVD