直流配电网中VSC的灵活虚拟惯性控制及其稳定性研究

发布时间：2020-09-08 16:16

　　 直流配电网凭借在分布式电源接入、增强系统可控性以及提升新能源利用率等方面的显著优势成为了未来配电网的一个选择,直流配电网的控制策略对于功率的优化协调、改善电能质量以及提高供电可靠性都起着关键的作用。然而,由于直流配电网具有低惯性的特点,系统的波动会对直流电压的质量及其稳定性造成影响,因此有必要引入虚拟惯性来提高直流电压质量。为了使系统的虚拟惯性能够适应不同的波动类型以及扰动的不同阶段而灵活可控,在保证系统稳定性的范围内,当电压波动较快时增强惯性作用,在系统恢复时减小惯性同时缩短响应时间,本文对直流配电网的灵活虚拟惯性控制策略及其稳定性进行了研究。主要工作及成果如下:(1)本文首先分析了含多类型分布式电源的典型直流配电网的拓扑结构,其中电压源换流器VSC是实现交直流转换的重要角色,并介绍了VSC的基本原理及其数学模型;其次研究了直流配电网的分层调压控制体系,包含一次调压、二次调压和三次调压3个层次;最后分析了广泛采用的电压下垂控制方法作为一次调压控制时由于其存在电压偏差会导致直流电压质量下降,从而说明了为直流配电网引入虚拟惯性对改善电压质量的重要作用。(2)针对传统的虚拟惯性控制方法中惯性大小无法根据系统的实际工况进行自适应调节的问题,将基于虚拟同步发电机(VSG)控制的交流系统的惯性和直流系统的惯性进行了对比分析,并提出了一种直流配电网的灵活虚拟惯性控制策略,为受到扰动的直流配电网提供灵活可调的惯性支持,从而减弱系统扰动对直流电压的稳定性造成的严重影响,进一步改善电压质量。利用Matlab/Simulink搭建了六端直流配电网仿真平台,验证了所提控制策略的有效性。(3)直流配电网采用所提灵活虚拟惯性控制时相关控制参数的变化会影响到系统虚拟惯性的大小,进而影响直流电压的稳定性,因此本文构建了基于所提控制策略的六端直流配电网的小信号模型,用来对所提控制方法进行小信号稳定性分析,为探究所提控制方法中主要控制参数的变化对直流电压稳定性的影响规律奠定了基础。(4)根据构建的系统小信号模型和状态空间矩阵,通过灵敏度分析和绘制根轨迹的方法,揭示了所提控制策略中关键参数的变化对系统直流电压稳定性的影响规律,从而为控制参数的选择提供了一定的理论依据,最后通过仿真结果验证了理论分析的正确性。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM721.1;TM712
【部分图文】：

辐射型直流电网拓扑结构

环型直流电网拓扑结构

图 1-3 两端供电直流电网拓扑结构和两端供电结构的稳定性和可靠性要比辐射型高，实稳定性的要求、负载对直流电压的要求以及建设投入面的因素来选择最合适的拓扑结构。电网的控制方法

【参考文献】

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本文编号：2814372