高压直流系统动态相量建模与控制策略研究

发布时间：2020-11-09 03:19

　　 为了服务我国经济社会的高速发展,同时充分利用我国中西部地区的煤炭、水利、风、光等一次能源,我国电网经历了数十年的高速发展,已经形成了中西部能源中心集中,中东部负荷中心集中,西电东送,南北互联,交直流系统并列运行的基本网架结构。针对我国交直流系统以及风电的发展,为了为交直流系统动态过程分析提供新的建模与仿真方法,并为高压直流系统(High Voltage Direct Current System,HVDC system)紧急功率支援和高压直流系统跟随风电功率波动的运行方式提供合理的控制策略,本论文重点研究了能反应高压直流系统换流器谐波特性的高压直流系统动态相量建模、反应交流系统不对称故障状态下直流系统动态特性的高压直流系统三相动态相量建模、含电力电子装置的电力系统和交直流系统电磁-动态相量混合仿真方法以及基于自适应动态面控制的直流系统紧急功率支援控制策略和基于定功率控制的直流系统跟随风电功率波动控制策略,其主要内容如下:(1)根据动态相量理论,提出了一种反映直流系统换流器谐波特性的直流系统动态相量模型,该模型包括完整的直流系统换流器动态相量模型,直流线路动态相量模型以及控制器模型;并分析了直流系统动态相量模型的仿真过程;仿真对比分析表明,所提动态相量模型能在使用代数模型形式的换流器动态相量模型及较大仿真步长的情况下反应直流系统的动态特性,尤其是直流系统换流器对交流系统的谐波特性。完善了直流系统动态相量模型。(2)为扩展直流系统动态相量模型的适用性,建立了适应交流系统不对称状态的直流系统三相动态相量模型,该模型包括完整的直流系统换流器动态相量模型,直流线路动态相量模型以及控制器模型;并分析了该动态相量模型的仿真过程;仿真对比分析表明,所提动态相量模型能在使用代数模型形式的换流器三相动态相量模型以及较大仿真步长的情况下,反应交流系统不对称故障时,直流系统的动态特性。扩展了直流系统动态相量模型的在交流系统不对称状态下的应用。(3)为充分发挥电磁暂态建模仿真方法和动态相量建模仿真方法各自在建立交流系统模型和电力电子装置模型的优势,提出了含电力电子装置的电力系统中,电力电子装置使用动态相量模型,交流系统使用电磁暂态模型的电磁-动态相量混合仿真,分析了混合仿真中模型区域划分及相互等效方法,并以交直流系统为例分析了电磁-动态相量混合仿真的具体流程;使用所提反映直流系统换流器谐波特性的直流系统动态相量模型实现了交直流系统的混合仿真。对比分析,所提混合仿真方法能在使用比电磁暂态模型简单的动态相量模型以及较大仿真步长的情况下,反应交直流系统的动态特性。为含电力电子装置的电力系统提供了新混合仿真方法。(4)提出了一种基于自适应动态面控制的直流系统广域紧急功率支援控制策略,该策略根据广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)测量的交直流系统全局信息,利用交直流系统惯量中心(Center of Inertia,COI)等值模型,使用动态面控制策略和自适应控制理论进行设计,能处理系统未知建模误差和外界干扰的,使用李亚普诺夫函数法理论证明了所提控制策略下交直流系统的稳定性。对所提控制策略进行了仿真分析,时域仿真分析结果表明,该直流系统紧急功率支援控制策略对系统不同运行方式和不同故障有较好的自适应性和鲁棒性,对信号时滞具有较好的鲁棒性;同时其效果优于传统的零极点配置方法及反步法设计的直流系统附加控制策略。(5)研究了在“风火打捆”经直流外送系统中,将调峰调频能力较弱的送端地区因风电风功率引起的功率波动转移到调峰调频能力强的受端地区的,基于定功率控制策略的直流系统跟随风电功率波动的控制技术;同时,研究了直流系统输送功率随风电功率波动时,减少直流系统常规无功补偿装置频繁动作的利用SVC替代常规无功补偿装置的方案以及SVC和常规无功补偿装置的协调控制策略。对所提控制策略进行了仿真分析,仿真结果表明,所提控制策略是可行和有效的。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TM721.1
【部分图文】：

图 2–1 x( )的时变傅立叶分解Fig. 2–1Time-varing fourier expansion of x( )态相量的定义可知，动态相量可以分别从时域和频域两，当“滑动窗”选定后，将原始时域信号在“滑动窗”内进行傅立叶级数即为各阶动态相量，可利用各阶动态相量还，原始信号中包含不同频率成分时，动态相量理论可将和高次谐波信号组合的形式，各次动态相量分别为各次相量基本特性相量的概念，可以推导出以下动态相量的 5 个主要特理论建模仿真的基础。特性频率相同的时域信号 x(t)、y(t)和 z(t)满足
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 鲁晓军;林卫星;安婷;李云丰;文劲宇;姚伟;;MMC电气系统动态相量模型统一建模方法及运行特性分析[J];中国电机工程学报;2016年20期

2 夏黄蓉;韩民晓;姚蜀军;万磊;;模块化多电平换流器动态相量建模[J];电工技术学报;2015年S2期

3 李春华;蒋碧松;周勤勇;郭春义;赵成勇;;一种适用于风电外送的直流输电控制策略及无功投切方法[J];电网技术;2015年11期

4 陈树勇;徐林岩;孙栩;李新年;王华伟;曾令全;;基于多端柔性直流输电的风电并网控制研究[J];中国电机工程学报;2014年S1期

5 林桥;李兴源;胡楠;王曦;李宽;;基于多代理的紧急直流功率支援策略研究[J];电网技术;2014年05期

6 翁华;徐政;许烽;屠卿瑞;董桓锋;;直流系统紧急功率支援的限制因素分析[J];中国电机工程学报;2014年10期

7 胡伟;孙建军;查晓明;高明海;刘飞;;基于动态相量法的逆变型分布式电源微电网建模与仿真[J];电力系统自动化;2014年03期

8 刘崇茹;魏佛送;陈作伟;郭龙;韩民晓;;幅值自适应的阶梯式紧急功率支援控制技术[J];电力系统自动化;2013年21期

9 刘希;孙秀霞;刘树光;徐嵩;郝震;;非脆弱递归滑模动态面自适应神经网络控制[J];控制理论与应用;2013年10期

10 付永良;王奔;陈新华;邓大磊;;VSC-HVDC风电并网的自抗扰无源控制策略[J];南方电网技术;2013年04期

相关博士学位论文 前3条

1 孙国法;非线性系统动态面控制及其在伺服系统中的应用[D];北京理工大学;2015年

2 翁华;大规模交直流系统电磁暂态仿真和稳定控制技术研究[D];浙江大学;2014年

3 鄂志君;基于动态相量理论的电力系统建模与仿真研究[D];天津大学;2008年

相关硕士学位论文 前3条

1 刘翠平;非线性系统自适应动态面控制及其应用[D];东北电力大学;2015年

2 洪善宁;交流侧不对称故障时HVDC系统多态动态相量模型研究[D];华北电力大学（北京）;2008年

3 孙峰;电力系统仿真软件的比较研究[D];华北电力大学（北京）;2006年

本文编号：2875803