高压直流输电控制策略与无功补偿技术研究
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】
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本文编号:698842
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