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适用于VSC-HVDC连接极弱受端交流电网的功率阻尼同步控制方法研究

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目录

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 研究意义

1.2 课题国内外研究现状

1.3 本文工作及内容安排

第2章 基于功率阻尼同步的VSC-HVDC控制方法

2.1 引言

2.2 VSC-HVDC连接极弱受端交流电网的等值电路

2.3 VSC-HVDC连接极弱受端交流电网的功率阻尼同步控制

2.3.1 同步发电机的自同步原理

2.3.2 经典电流矢量控制

2.3.3 功率同步控制方法

2.3.4 功率阻尼同步控制方法

2.4 本章小结

第3章 基于功率阻尼同步的VSC-HVDC小信号稳定性分析

3.1 引言

3.2 基于功率阻尼同步的VSC-HVDC的小信号模型

3.2.1 VSC-HVDC系统非线性状态空间模型的建立

3.2.2 VSC-HVDC系统非线性状态空间模型的线性化处理

3.3 VSC-HVDC小信号模型验证

3.3.1 有功功率发生小扰动时模型的验证

3.3.2 交流电压发生小扰动时模型的验证

3.4 功率阻尼同步控制器参数小信号稳定性分析

3.4.1 锁相环参数变化对VSC-HVDC系统的影响

3.4.2 功率阻尼系数变化对VSC-HVDC系统的影响

3.4.3 功率同步系数变化对VSC-HVDC系统的影响

3.5 不同SCR下功率阻尼同步控制器的适用性研究

3.5.1 不同SCR下功率阻尼系数的稳定域

3.5.2 不同SCR下功率同步系数的稳定域

3.6 不同强度的受端交流系统下VSC-HVDC最大可传输有功功率

3.6.1 VSC-HVDC可传输的理论极限有功功率

3.6.2 不同SCR下基于PDSC的VSC-HVDC系统MAP

3.7 功率阻尼同步控制器的限流能力讨论

3.8 本章小结

第4章 基于自抗抚控制原理的功率阻尼同步优化控制策略

4.1 引言

4.2 MMC基本原理

4.3 自抗扰控制原理

4.3.1 一阶自抗扰控制器原理介绍

4.3.2 改进的非线性函数

4.4 基于自抗扰原理的MMC-HVDC优化控制方法

4.4.1 基于自抗扰原理的MMC-HVDC外环电压控制器设计

4.4.2 基于自抗扰原理的MMC-HVDC环流抑制器设计

4.4.3 基于自抗扰原理的MMC-HVDC负序电流抑制器设计

4.5 仿真算例

4.5.1 稳态算例说明

4.5.2 环流算例说明

4.5.3 故障算例说明

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢

附录

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摘要

基于经典电流矢量控制(Classic Vector Current Control,CVCC)的电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage DirectCurrent,VSC-HVDC)系统在连接弱交流系统工况下,受锁相环(Phase LockedLoop,PLL)动态特性的负面影响,运行特性变差。功率同步控制(PowerSynchronization Control,PSC)消除了弱交流系统下PLL的负面影响,是目前VSC-HVDC连接弱交流电网的一种有效控制策略,但为了限制流过换流器的交流电流,需切换备用PLL以保持与交流系统的同步。结合CVCC与PSC的技术优势,可有效改善VSC-HVDC在极弱交流电网下的运行特性。
  首先对比了CVCC与PSC的技术特点,在保留CVCC双闭环结构及PLL的基础上,基于同步发电机的外部特性及VSC数学模型对内环电流控制器进行优化设计。在内环电流控制器中引入了功率同步环节(Power Synchronization Loop,PSL)及功率阻尼环节(Power Damping Loop,PDL),提出了一种适用于VSC-HVDC连接极弱受端交流电网的功率阻尼同步控制(Power DampingSynchronization Control,PDSC)方法。然后,建立了基于PDSC的VSC-HVDC系统小信号数学模型,并在MATLAB与PSCAD/EMTDC仿真平台上验证了所建立小信号模型的正确性。在此基础上,基于小信号分析方法理论分析了受端交流系统短路容量比(Short Circuit Ratio,SCR) SCR=1.0时,PLL,PSL与PDL的参数对VSC-HVDC稳定性的影响,以及不同受端交流系统SCR下PSL与PDL的参数稳定域及VSC-HVDC系统可传输的最大有功功率(Maximum AvailablePower,MAP),并在PSCAD/EMTDC上搭建模型进行验证。最后,针对极弱受端交流系统模型的不确定性,基于自抗扰控制(Auto Disturbance Rejection Control,ADRC)原理优化了外环电压电压控制器,并针对模块化多电平换流器高压直流输电系统(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC),设计了相应的基于自抗扰控制器的环流抑制及负序电流抑制控制器。

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