高压直流输电控制策略与无功补偿技术研究

发布时间：2017-08-19 05:11

  本文关键词：高压直流输电控制策略与无功补偿技术研究

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【摘要】：在当今世界，随着电力电子器件的高速发展，以IGBT作为换流器件的电压源型换流器高压直流输电（VSC-HVDC）因其可以克服电网换流器高压直流输电（LCC-HVDC）自身的缺点，并且能够独立控制有功功率和无功功率，得到学术界与工业界广泛的热议与深入研究。在众多VSC-HVDC输电拓扑结构中，模块化多电平换流器高压直流输电（MMC-HVDC）因其具备开关频率低、损耗小、扩展性强及无需交流滤波装置等优点，使其具有较好的发展前景。课题针对LCC-HVDC、VSC-HVDC及MMC-HVDC的运行原理及不同工况下的控制方式做了系统研究，主要的内容如下： 分析了LCC-HVDC的结构组成及工作原理，搭建其数学模型，并研究了系统整流侧采用定直流电流控制，逆变侧采用定直流电压控制或定熄弧角控制的控制策略。在MATLAB平台中搭建相应的控制模型进行仿真，仿真结果：当系统稳定运行时逆变侧采用定熄弧角控制与采用定电压控制相比，系统的功率因数大，消耗的无功功率少，但直流电压稳定性较弱。 研究了VSC-HVDC的运行机理并搭建其数学模型。在MATLAB平台中搭建了VSC的控制系统，包括内环电流控制及外环功率控制，并对其进行仿真。仿真结果表明论文所搭建的VSC控制器能够实现系统有功功率和无功功率独立控制，并且响应速度快，控制稳定性高。 分析了MMC-HVDC的结构组成及工作原理，建立了数学模型。在研究了MMC最近电平逼近调制策略的基础上在MATLAB平台中搭建MMC-HVDC仿真模型及控制系统。仿真结果表明论文所设计的控制器在系统潮流反转后，能够快速恢复稳定，，控制效果良好，很好地实现了有功功率和无功功率的独立控制。 为了抑制交流系统不平衡时VSC-HVDC产生的负序电流及有功功率二倍频波动分量，在搭建交流系统三相不平衡情况下的VSC数学模型的基础上，提出了基于对称分量分析的控制策略并在MATLAB平台上进行模型搭建和故障仿真。仿真结果表明论文所搭建的控制模型可以根据系统的要求，有效地抑制负序电流及有功功率二倍频波动分量，使VSC-HVDC在交流系统发生不对称故障下仍能按要求稳定运行。然后文章搭建了由LCC-HVDC、VSC-HVDC和MMC-HVDC组成的三端混合直流输电模型，研究为了当VSC端交流侧发生故障时系统仍能够安全稳定运行，系统相应的协调控制策略。在MATLAB平台上根据该控制策略进行模型搭建和故障仿真，结果表明：论文提出的控制策略是正确有效性的，能够实现在系统某一端发生故障后，系统按照指定的运行方式稳定可靠地运行。 深入研究了HVDC常用的并联电容器（FC）、静止补偿装置（SVC）和静止无功补偿发生器（STATCOM）三种补偿方式，并在MATLAB上搭建了相应的仿真模型及控制系统。仿真结果：SVC及STATCOM与FC相比能够实现系统容性无功到感性无功的连续平滑调节，起到动态无功支撑的作用。在响应时间方面STATCOM要优于SVC及FC，更快更好地跟踪系统的无功功率变化，因此STATCOM的无功补偿效果较FC和SVC更好。
【关键词】：LCC-HVDC VSC-HVDC MMC-HVDC 无功补偿 控制策略
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 直流输电技术的发展11-13
• 1.2 高压直流输电技术的研究现状13-16
• 1.2.1 柔性直流输电技术的研究现状13-15
• 1.2.2 多端直流输电系统及发展现状15-16
• 1.3 本课题研究的目的和意义16-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 第二章 HVDC 运行机理及数学模型的建立19-39
• 2.1 高压直流输电拓扑结构19-21
• 2.2 LCC-HVDC 的运行机理及数学模型21-24
• 2.2.1 LCC-HVDC 的运行机理21-23
• 2.2.2 LCC-HVDC 的数学模型23-24
• 2.3 VSC-HVDC 的运行机理及数学模型24-31
• 2.3.1 VSC-HVDC 的运行机理25-26
• 2.3.2 VSC-HVDC 的数学模型26-31
• 2.4 MMC-HVDC 的运行机理及数学模型31-38
• 2.4.1 MMC-HVDC 的系统结构31-32
• 2.4.2 MMC 的运行机理32-34
• 2.4.3 MMC-HVDC 的数学模型34-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 高压直流输电控制策略39-61
• 3.1 HVDC 调制策略39-41
• 3.2 LCC-HVDC 控制策略41-47
• 3.2.1 定直流电流控制42-43
• 3.2.2 定直流电压控制43
• 3.2.3 定熄弧角控制43-44
• 3.2.4 时域仿真分析44-47
• 3.3 VSC-HVDC 的控制策略47-53
• 3.3.1 内环电流控制策略48-49
• 3.3.2 外环功率控制策略49-51
• 3.3.3 时域仿真分析51-53
• 3.4 MMC-HVDC 控制策略53-58
• 3.4.1 MMC-HVDC 双闭环控制策略53-54
• 3.4.2 MMC-HVDC 调制策略54-57
• 3.4.3 时域仿真分析57-58
• 3.5 本章小结58-61
• 第四章 柔性直流输电故障及协同控制策略研究61-81
• 4.1 交流系统故障时 VSC-HVDC 的控制策略61-73
• 4.1.1 抑制交流系统负序电流的 VSC-HVDC 控制策略61-67
• 4.1.2 抑制有功功率波动的 VSC-HVDC 控制策略67-71
• 4.1.3 时域仿真分析71-73
• 4.2 三端混合直流输电系统故障协调控制策略73-80
• 4.2.1 三端混合直流输电系统的搭建74-75
• 4.2.2 三端混合直流输电系统故障协调控制策略75-76
• 4.2.3 时域仿真分析76-80
• 4.3 本章小结80-81
• 第五章 高压直流输电的无功补偿研究81-95
• 5.1 并联电容器补偿81-84
• 5.1.1 FC 的工作原理81-82
• 5.1.2 FC 的模型搭建和仿真分析82-84
• 5.2 静止无功补偿器84-88
• 5.2.1 SVC 的工作原理84-85
• 5.2.2 SVC 的模型搭建和仿真分析85-88
• 5.3 静止无功发生器88-93
• 5.3.1 STATCOM 的工作原理88-89
• 5.3.2 STATCOM 的无功电流电压特性89-90
• 5.3.3 STATCOM 的模型搭建和仿真分析90-93
• 5.4 本章小结93-95
• 第六章 总结与展望95-99
• 6.1 全文总结95-96
• 6.2 展望96-99
• 参考文献99-105
• 致谢105-107
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙浩;杨晓峰;支刚;郑琼林;;CPS-SPWM在模块组合多电平变换器中的应用[J];北京交通大学学报;2011年05期

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：698842