柔性直流输电控制系统建模及其仿真研究

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1、国网电力科学研究院硕士学位论文柔性直流输电控制系统建模及其仿真研究姓名：李钢申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：田杰20090301摘要电力电子技术的发展带动了直流输电的发展，随着可关断器件性能的改进和容量的提升，基于电压源换流器(vsc)和脉宽调制技术(PWM)为基础的柔性直流输电(VSC．HVDC)已实现工程应用。柔性直流输电以全控型半导体材料绝缘栅双极晶体管(Insulated．GateBipolarTransistorIGBT)的电压源换流器为主体，以其独有的优势，正成为国内外的电力规划单位，科研院

2、所，制造单位研究重点。本文首先分析了柔性直流输电运行的基本原理，在此基础上建立了VSC．HVDC的数学模型，包括高频数学模型和低频数学模型。其次，论述了VSC。HVDC控制系统设计的基本原则和分层结构，并以此为依托，设计了基于直接电流控制的VSC．HVDC的上层控制器和底层控制器。设计了详细的定直流电压和定交流电压控制器来反映直流电压和有功功率，交流电压和无功功率的关系；设计了基于逆模型的定有功功率控制器和定无功功率控制器；对deadbeat(无差拍)控制应用于VSC．HVDC系统进行了详细的推导，设计了基于deadbea

3、t控制原理的交流电流控制器。再次，依托所设计的控制器和PSCAD／EMTDC仿真工具建立了详细的VSC．HVDC电磁暂态模型，研究了VSC．HVDC系统在不同控制模式(策略)组合下的稳态特性和动态特性；研究了在控制切换时VSC．HVDC系统的稳态和动态特性；对采用有功功率参考值以阶跃变化和有功功率参考值以一定速率变化时VSC．HVDC系统的功率反转特性进行了对比研究；研究了两端换流站作为STATCOM运行时系统的稳态和动态特性。研究证明所设计的VSC．HVDC控制系统具有优良的稳态和动态性能，具有快速性和强鲁棒性；实现了有

4、功功率和无功功率的解耦控制，实现了两端换流站的独立控制。最后，从研究PSCAD／EMTDC与柔性直流输电实际控制系统Hidraw程序的接口技术入手，提出了利用VSC．HVDC实际控制系统Hidraw程序与PSCAD／EMTDC仿真工具建立与实际控制系统程序相一致的柔性直流输电控制系统仿真模型的方法，依托所建立的离线仿真模型，研究VSC．HVDC系统的稳态特性，仿真结果证明了这种方法的可行性和正确性，以及与实际控制系统的等效性，从而为柔性直流输电的研究提供一种新的方法。关键词：柔性直流输Eg(vsc．HVDC)；直接电流控制

5、；上层控制器；底层控制器；无差拍控制；PSCAD／EMTDC：离线仿真模型；HIDRAWABSTRACTThedevelopmentofPowerelectronicstechnologydrivesthedevelopmentofhighvoltagedirectcurrenttransmission(HVDC)technology．Withtheincreasingrmingandimprovedperformanceofself-commutatedsemiconductors，VokageSourceConvert

6、erbasedHVDC(VSC·HVDC)hasbeenusedinproject．VSC—HVDCkeepsthefullcontroltypesemiconductormaterialInsulated—GateBipolarTransistor(IGBT)voRagesourceconverter(vsc)remainingdominant，Basedits’favoriteadvantage，VSC—HVSChasbeenastudyhotspotinelectricpowersystem．Thebasicprin

7、ciplesofVSCisintroducedinthisthesis．Onthebasisofthis，transientmathematicalmodelsofVSC-HVDCsystem，includinghighfrequencyandlowfrequencymathematicalmodelsareestablished．Secondly,thebasicprincipleandhierachicalstructureofthecontrollerdesignaredissertated,Dependingont

8、hese，theMasterControl(theupperpart)andtheBasicControl(thelowerpart)ofVSC-HVDCsystembasedonthedirectcurruntcontrolaledesigned．Detailedconstantdirectvokag