多端柔性直流输电控制系统的研究

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityFortheMasterDegreeResearchontheControllerforVSC-Multi-TerminalHVDCAuthor:WuJunhongMajor:PowerSystemandItsAutomationSupervisor:Ph.DAiQianSchoolofElectronicInformationandElectricalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaDecember2

2、009多端柔性直流输电的控制系统研究摘要基于相控换流器(PCC)传统直流输电技术在上世纪60年代以后发展得相当迅速。虽然它在未来电力系统中仍有很大的发展空间，但是传统直流输电有许多技术方面的缺陷，例如换流器产生的谐波次数低、容量大；换流站投资大；不能向小容量交流系统及不含旋转电机的负荷供电；换流器吸收较多的无功功率等。然而，20世纪90年代以来,新型电力电子器件及控制技术的快速发展为高压直流输电HVDC中采用以全控型器件为基础的电压源型换流器VSC（VoltageSourceConverter）提供了可能。传统高压直流输电一般只用于远距离大容量输电，现在以电压源型换流器为基础的

3、新型直流输电VSC-HVDC的经济容量已经扩展到数百兆瓦。它不仅可以用于常规的交流电网连接以及远距离输电，而且可以同时改善所联交流电网的电能质量，甚至还可以连接无源网络，向孤岛系统供电。然而轻型直流输电系统一旦其中一个VSC故障退出，VSC-HVDC系统将处于瘫痪状态。而基于VSC的多端直流输电系统VSC-MTDC（VSC-Multi-TerminalHVDC）在运行灵活性，可靠性等方面比两端系统（VSC-HVDC）更具有技术优势，它在分布式发电、可再生能源发电、中/低压输配电、电力市场等领域将具有广阔的应用前景。然而，VSC-MTDC目前仍处于理论研究和模拟实验阶段，本文重点

4、针对VSC-MTDC的控制系统进行了研究，并分别在有无通讯的条件下设计了相应的控制策略，最后探讨了VSC-MTDC在风电场中的应用。VSC-MTDC是两端系统VSC-HVDC的扩展，而VSC（VoltageSourceConverter）则是构成VSC-HVDC（或VSC-MTDC）的基础，第I页因此本文首先详细分析了VSC的数学模型，研究了其适用于轻型直流输电的拓扑结构以及控制方法，且详细分析了不同拓扑结构对VSC输出电能质量的影响。并以两端系统VSC-HVDC为基础，详细分析了现有控制策略的优劣，且在已有研究的基础上，提出了针对不同目标的控制策略。对于VSC-MTDC的控制

5、，目前提出的控制方式可以分为有无通讯两大类。带通讯的控制方式主要有主从控制方式，它需要上层控制器的协调；无通讯的控制方式没有上层控制器，主要有基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制方式、带电压下降特性的控制方式等。本文在无通讯条件下，提出了多点直流电压控制策略。然而，无通讯模式虽然结构简单，但始终因为缺少上层控制器的协调，无法最终保证系统在故障或者大扰动情况下的稳定以及最优控制。可是上层控制器的计算速度以及它与VSC本地控制器的通讯延时却限制了传统主从控制方式在长距离输电以及复杂系统中的应用。本文将日渐成熟的MultiAgentSystem（MAS）应用于VSC-MTDC的控制

6、系统，不但提高了计算速度而且降低了对通讯速度的要求。同时本文详细分析了MAS的协调控制策略，它能够有效地对各VSC进行协调控制，保证VSC-MTDC系统高效稳定的运行。本文最后探讨了VSC-MTDC在大型风电场中的应用，并根据风电输出不稳定的特点，引入储能装置，研究了适用于风电场并网的控制策略，它有助于提高风电的输出效率，降低风电波动对电网的影响。关键词：电压源型换流器（VSC）；多端高压直流输电；多Agent系统(MAS)；协调控制；风电场第II页ResearchontheControllerforVSC-Multi-TerminalHVDCABSTRACTThetradit

7、ionalPCC(PhaseChangeConverter)basedHVDC(PCC-HVDC)hasgreatdevelopmentsince1960sandcontinuedtodevelopAC-DCinterlinkednetwork,whichhaspromisingfuture.IncontrasttoACtransmission,PCC-HVDChasunparalleledadvantagesinsomeareas,suchaslongdistancepowertransm