柔性直流输电数字物理混合仿真功率接口及其算法研究

发布时间：2019-11-16 04:30

【摘要】：基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)在可再生能源发电并网、孤岛供电和区域电网互联等领域具有显著优势,是未来柔性直流输电领域的发展趋势。由于MMC中含有大规模的电力电子器件,致使其动态行为复杂,传统的数字仿真方法难以满足MMC及其控制系统特性分析的需求;而动态物理模拟难以实现交直流混合系统的全规模等效模拟;因此,结合实时数字仿真与动态物理模拟仿真的优点,建立数字物理混合仿真系统,是实现含MMC-HVDC交直流混合系统精确建模分析和工程设计验证的可行方法。功率接口算法是实现数字物理混合仿真的关键技术,是保证其闭环稳定性和仿真精确性的有效手段。本文结合国家电网公司重点研发计划项目对MMC-HVDC数字物理混合仿真功率接口及其算法进行了相关的理论和实验研究,提出了一种适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。研究分析了MMC-HVDC数字物理混合仿真系统的整体结构及其建模等效原则,并揭示了功率接口所引起的混合仿真系统稳定性和精确性问题;对比分析了各类接口算法的特性及其适用领域,并通过仿真验证了阻尼阻抗法在稳定性和精确性方面的优势,采用该方法进行MMC-HVDC数字物理混合仿真系统功率接口算法的设计;建立MMC解锁和闭锁运行状态下的戴维南精确等效模型,并对其进行优化,以提高物理侧等效阻抗的计算效率,在此基础上,提出阻尼阻抗接口算法的阻抗实时匹配方法;针对接口延时所引起的精确性问题,提出了基于dq坐标变换重构电压信号的延时补偿控制方法,提高了混合仿真系统的仿真精度;在PSCAD/EMTDC中建立基于改进阻尼阻抗接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况下改进阻尼阻抗法与理想变压器模型法的仿真特性进行了对比分析,结果表明,改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且仿真精度较高,具有优越的稳定性和精确性性能。最后,通过MMC-HVDC数字物理混合仿真平台,验证了本文所提方法的有效性和工程实用性。本文的研究工作初步实现了MMC-HVDC数字物理系统的联合仿真,将为我国交直流混合电网的系统规划、运行特性分析提供有效的仿真分析工具,具有较好的应用前景。
【图文】：

仿真系统,接口子系统,接口硬件

图 2-1 PHIL 仿真系统结构功率接口子系统连接DSS和HUT，是实现PHIL仿真的关键技术，其作用是间能量和信号的传输与转换，其主要包括接口硬件装置和接口算法两个部硬件装置主要包括D/A(A/D)转换器、功率放大器(power amplifier，PA)和电

仿真建模,仿真系统

电机的调速器和励磁系统转换至外部控制，并解锁直流系统。(9) 取消仿真系统的频率限制，使其具备仿真实验的条件。图2-2 交直流混合电网PHIL仿真建模实现流程2.4 PHIL 仿真系统特性分析闭环仿真系统的安全稳定运行是进行数字物理混合仿真的前提，，任何不稳定情况的发生不仅会产生不准确的仿真结果，还可能引起被测设备的损害，造成昂贵的经济损失。接口硬件装置所引起的时间延迟、带宽限制及谐波注入等问题，都可能导致PHIL仿真系统失去稳定，这种不稳定性问题在大功率应用场合中尤为突出。为了说明这一点，本节以基于ITM接口算法的PHIL仿真系统为例，对其进行特性分析，相应的结构原理图如图2-3所示。其中，uS和uH为数字仿真系统和物理仿真系统的等效电源，ZS和ZH则表示两子系统的等效阻抗。尽管原来的电路是稳定的
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM721.1

【参考文献】