柔性直流换流器控制系统适用性研究

发布时间：2020-07-07 22:45

【摘要】：随着我国电网的发展和智能电网的广泛建设,柔性直流输电逐渐得到了越来越大的关注,其所发挥的作用也越来越大。当前柔性直流输电系统中模块化多电平换流器(MMC)的出现提高了输出电压波形质量、降低了运行损耗以及成本等。模块化多电平换流器在电压和电流的变化上相比其他类型换流器具有变化率低和输出谐波少的特点,模块化设计便于换流器的扩展和柔直输电系统容量的发展。于是多电平换流器得到了广泛的认可,在数个领域得到了应用,具有很好的应用前景。本文针对MMC控制系统中出现的问题,例如:控制系统的设计、系统响应速度慢、桥臂之间存在谐波等可能威胁到系统的稳定性以及设备的安全性问题。从换流器原理入手,通过对多电平换流器结构以及运行原理的分析,对MMC-HVDC系统的控制系统进行了相关研究,具体内容如下:(1)设计了一套MMC-HVDC换流器控制系统。本文通过查阅整理多端MMC-HVDC系统相关资料,在深入学习MMC-HVDC系统的基本结构和运行原理的基础上,建立了相应的系统模型,设计了基于状态反馈的MMC-HVDC的双闭环控制系统。在该控制系统中,针对控制系统中有功功率和无功功率在坐标系下的交叉耦合问题,提出了一种基于状态反馈和锁相环并用的控制方式。有效解决了有功功率和无功功率的耦合问题,从而实现了对功率的无差控制。(2)建立了MMC-HVDC简化小信号模型。本文在设计完成的状态反馈控制系统的基础上,利用模块化建模思想对MMC-HVDC系统进行小信号模型建模,为后续优化工作做准备。首先按照功能将MMC-HVDC系统拆分为多个小模块,分别进行建模。针对换流器内部模块建模的复杂性进行了简化。由于换流器直流侧电压在正常运行时变化较小,将其近似为额定值,采用以功率标幺值和电流标幺值近似相等的简化思路,对换流器内部建模进行简化。最后将各个小模块建立的模型进行接口对接,完成对整个MMC-HVDC系统的建模。通过仿真软件对MMC-HVDC简化小信号模型进行了仿真对比分析,验证了该简化模型的准确性和有效性。解决了MMC-HVDC换流器建模复杂,建模的工作量大等问题。(3)提出了MMC-HVDC控制参数的优化策略。利用小信号模型和萤火虫优化算法对状态反馈的双闭环控制系统中大量PI控制器中的控制参数进行优化,改善系统性能的同时进而提高系统对小范围内的扰动或者控制的响应速度。首先设计了简化小信号模型优化的目标函数和目标函数对应的评价标准。其次采用萤火虫算法对目标函数进行优化,对于优化结果采用仿真的方法进行筛选,以此得到满足条件的最优结果。最后通过电磁仿真验证,仿真结果表明了优化方案的可行性和优化结果的有效性。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM721.1
【图文】：

d) G7 端有功功率、无功功率和直流电压图 2-11 四个换流站运行波形中可以看出，换流站 G1、G5 和 G7 三个换流站在指令值变功功率能够跟踪指令值并且稳定运行下去，说明在控制环的功率和无功功率控制时有效的，G3 端的定无功功率和定直令值变化时较慢，从而影响了直流网中三个端口的直流电压速度较慢但是都是可以达到跟随指令值的效果。所以本章设略是有效的。但是其响应速度依赖于其控制参数，对于控制个章节介绍。小结建立了对 MMC-HVDC 反馈解耦控制系统模型。建立了一套中包含反馈双闭环解耦控制系统和状态反馈环流抑制控制双闭环解耦控制系统中，通过将 ABC 静止坐标系向旋转 d且通过闭环状态反馈的内环实现了对换流器在 dq 坐标系下

模型1与模型2送端功率电压图

模型1与模型2受端功率电压图

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