关于轻型直流输电系统的建模和仿真分析

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1、基于轻型直流输电系统的建模和仿真研究1绪论1．1轻型直流输电的研究现状随着脉宽调制技术的提出，绝缘栅双极晶体管等全控型的电力电子器件开始得到大范围的应用，电压源型换流器开始运用在输电系统中。轻型直流输电技术也渐渐得到了推广。轻型直流输电系统选用的电压源换流器，在电力电子元器件上比传统直流输电技术的元器件具有更大的优势，换流器可以两端独立控制。对输电系统中的有功功率和无功功率可做到快速调节，克服了传统直流输电系统无法向远距离无源负荷供电的弊端，而且在灵活构建多端的直流输电系统方面占有很大的经济优势。整个系统设备简单，具有很强的模块化，使得整个输电系统的维护方便，运行费用低廉。轻型直

2、流输电系统从技术和经济上都比传统直流输电系统更具有发展优势，在长距离小容量输电的实际运行中，得到输电公司和科研机构的肯定。如：Mirsubishi、ABB、Siemens等公司都把轻型直流输电技术作为公司未来发展的重点研究对象。国内外很多学者都对轻型直流输电技术做了大量的研究。目前对轻型直流输电技术的主要研究点有：1．轻型直流输电系统的模型结构[31】-[32]在轻型直流输电技术的建模方面，很多机构和学者都做了大量的研究工作，对直流输电系统的稳态建模、暂态建模、谐波建模等数学模型都做了深入的研究，并在连接有源负荷、无源负荷方面做了详细的研究，并对多端接入系统也做了很详细的研究。2

3、．轻型直流输电系统控制方式的选择[33】‘[35】在输电系统电压不对称的情况下，传统直流输电的控制方式会使直流侧生成多次谐波分量，如果通过对PWM控制，又会使电网电流、电压发生畸变。对此，很多科研机构都在控制方式的选择上做了大量的研究。甚至有学者提出利用轻型直流输电系统的独立性，用两套不同的坐标系来分别控制整流站和逆变站。从目前学者对控制策略的研究来看，控制策略都延续了以前对输电系统的控制观点，基本上都是从线性和非线性两方面入手，现在研究最多的主要有以下三大类：一类是基于线性的鲁棒控制，一类是非线性控制，还有一类是线性控制。对与轻型直流输电系统的控制方面，我们还有很多工作值得去研

4、究。3．轻型直流输电系统的电路拓扑结构研究【36】目前最基本的轻型直流输电系统拓扑结构有：两端直接连接的VSC换流站和背靠背连接的VSC换流站，换流站既可以连交流负荷又可以连无源网络，两电平六桥臂的电压式三相桥式换流结构是现今最常用的拓扑结构。在实际运行中，为了降低多次谐波西华大学硕士学位论文分量和开关损耗，很多时候都选择多电平的换流站，因此，对多电平的换流站拓扑结构的研究也受到很大的重视。目前有很多研究机构都对多电平换流站拓扑结构进行了大量的研究，目前大多数学者都倾向于两大类拓扑结构的研究：一类是悬浮电容拓扑结构的研究；一类是箝位型二极管中点箝位拓扑结构的研究。通过对拓扑结构的

5、分析有利于换流站模块化的构建，有利于直流输电系统的综合布置。现今的轻型直流输电由于受到电力电子元器件本身容量的限制，输电容量都限制在几百兆瓦以内。因此，对输电系统拓扑结构的研究也用利于突破远距离、小容量输电的瓶颈，对提高输电容量的研究也有一定的帮助。4．轻型直流输电系统的实际应用研究从现在投入的轻型直流输电系统的运行情况来看，实践证明了在分布式电源供电、无源负荷供电、城市轻型供电等很多场合，轻型直流输电技术都有无可比拟的优势。工程技术人员和科研人员对轻型直流输电的实际应用做了大量的研究，并提出了与之相应的控制方式和保护措施，在实际工程中得到了验证。由于轻型直流输电系统的运行环境比

6、较恶劣(如：风电场、海上平台、孤岛等)，因此对整个系统的安全、可靠性要求很高。对输电系统中，传感器故障所产生的影响也是国内外学者重点研究的对象。目前对传感器的研究主要是在PWM整流器的无线传感控制技术上，也提出了很多可靠的算法，并通过相应仿真得到试验验证，这也是一个全新的研究课题。1．2本论文的主要工作国内外大量学者对轻型直流输电系统的数学建模、系统控制、设备保护和实际应用方面都做了很多研究，为以后的的课题研究奠定了坚实的基础。当然，作为一个全新的输电技术，我们的研究时间还不算长，还有很多问题值得我们去深入研究。本论文对以下几点做了详细研究：1．介绍了轻型直流输电系统的基本组成装

7、置，并对各个装置的基本功能和运行原理进行了介绍，以此为基础建立系统的仿真模型。2．进行控制系统的设计，整流侧采用定直流电压和定交流电流控制，逆变侧采用定交流电压控制的控制系统。在选择合适控制方式的同时，考虑系统的保护方式，保证整个系统的可靠和稳定，并以数学模型和设计的控制系统为基础，进行仿真模型的搭建，利用MATLAB对系统进行仿真实验。基于轻型直流输电系统的建模和仿真研究3．在SIMUILINK软件中，对系统的常见故障(如：短路、断路)进行仿真试验，分析各个故障情况的电气特征，