【摘要】：隨著風(fēng)電/光伏、高壓直流輸電以及電力電子負(fù)荷等在電力系統(tǒng)中比例的不斷提高,系統(tǒng)日益朝向電力電子化的趨勢(shì)發(fā)展。電力電子化并網(wǎng)裝備具有典型的多時(shí)間尺度控制動(dòng)態(tài),即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、直流電壓和交流電流控制時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)。裝備的這一特性決定了電力電子化電力系統(tǒng)的多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)特征,并為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。交流電流控制時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析中并未受到重視,但隨著系統(tǒng)電力電子化程度的加深,其對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的危害日益增加。因此,本文以三相電壓源型變換器(Voltage source converter,VSC)這一典型電力電子裝備作為研究重點(diǎn),摒棄了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)化裝備描述方式,根據(jù)交流電流控制時(shí)間尺度下裝備控制的物理過(guò)程,提出了基于內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)與電流輸入、輸出物理關(guān)系的變換器裝備交流電流控制時(shí)間尺度兩相靜止坐標(biāo)系建模方法�；谔岢龅难b備模型,本文進(jìn)一步分析了并網(wǎng)變換器交流電流控制時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)特性及其對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響。本文具體研究?jī)?nèi)容分為以下幾個(gè)方面:(1)依據(jù)并網(wǎng)變換器的基本控制結(jié)構(gòu),分析了交流電流控制時(shí)間尺度下變換器控制的物理過(guò)程,梳理了并網(wǎng)裝備電流平衡及內(nèi)電勢(shì)的基本內(nèi)涵,提出以內(nèi)電勢(shì)表征裝備動(dòng)態(tài)特性的建模思路。在忽略和考慮鎖相環(huán)動(dòng)態(tài)的兩種條件下,分別建立了兩相靜止坐標(biāo)系下三相并網(wǎng)變換器的電流平衡-內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)模型,并探討了該模型與已有基于諧波線性化的正負(fù)序阻抗模型之間的關(guān)系。在單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景中,通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了本文所提出模型的準(zhǔn)確性與有效性。(2)研究了交流電流控制時(shí)間尺度下三相并網(wǎng)變換器的動(dòng)態(tài)特性及其對(duì)弱電網(wǎng)下單機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響�；谘b備電流平衡-內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)模型,利用類比可變電容、可變電感等概念從電路化的角度對(duì)變換器在交流電流控制時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)中參與系統(tǒng)能量交換的方式進(jìn)行了物理化的描述。通過(guò)變換器電流平衡-內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)模型中各部分動(dòng)態(tài)關(guān)系的頻率響應(yīng)特性,分析了鎖相環(huán)帶寬、電流環(huán)帶寬、端電壓前饋以及數(shù)字控制延時(shí)等因素對(duì)變換器各頻段動(dòng)態(tài)特性的影響�；趯�(duì)并網(wǎng)變換器動(dòng)態(tài)特性影響因素的分析,在經(jīng)典矢量電流控制的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的優(yōu)化控制方案,提高了滿功率輸出工況下變換器接入弱電網(wǎng)后的系統(tǒng)穩(wěn)定性。時(shí)域仿真與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性與優(yōu)化控制方案的有效性。(3)基于變換器電流平衡-內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)模型,結(jié)合多變量反饋控制系統(tǒng)頻域建模的思路,提出了交流電流控制時(shí)間尺度下適用于多變換器并網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析的系統(tǒng)多變量頻域建模方法,并在此基礎(chǔ)上依托風(fēng)電/光伏新能源電站內(nèi)并網(wǎng)變換器經(jīng)集電系統(tǒng)匯集為背景,具體分析了集電饋線類型、饋線拓?fù)湫问綄?duì)并網(wǎng)變換器與網(wǎng)絡(luò)無(wú)源元件間動(dòng)態(tài)相互作用的影響。通過(guò)詳細(xì)電磁暫態(tài)模型的仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性。(4)研究了交流電流控制時(shí)間尺度下并網(wǎng)變換器之間的控制相互作用。利用文中提出的變換器電流平衡-內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)模型與多機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)的多變量反饋控制建模思想,提出了適用于分析并網(wǎng)變換器間控制相互作用的頻域模型。在提出的建模思路下,分析了交流電流控制時(shí)間尺度內(nèi)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下控制環(huán)路帶寬、工作點(diǎn)等因素對(duì)變換器之間控制相互作用的影響。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM46
【圖文】：

1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，(a)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，(b)全功率型風(fēng)力發(fā)圖 1.2 光伏發(fā)電單元結(jié)構(gòu)示意圖(2) 電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)的電力電子化趨勢(shì)在電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)，高壓直流輸電技術(shù)（LCC-HVDC、VSC-HVDC）與柔電技術(shù)（FACTS）正深度改變傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)特性，提高系統(tǒng)潮流與節(jié)點(diǎn)電能力以及系統(tǒng)穩(wěn)定性[15, 16]。我國(guó)一次能源主要分布于人口密度低、用能需求、西北和北部邊遠(yuǎn)地區(qū)，而人口密度高、用能需求大的區(qū)域則集中在我國(guó)的區(qū)，能源資源與用電負(fù)荷呈現(xiàn)逆向分布的特征[17]。高壓直流輸電技術(shù)的進(jìn)步經(jīng)濟(jì)性的超遠(yuǎn)距離電力輸送成為可能，因而遠(yuǎn)距離、大容量直流輸電通道在

圖 1.2 光伏發(fā)電單元結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)的電力電子化趨勢(shì)統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)，高壓直流輸電技術(shù)（LCC-HVDC、VSC-HVFACTS）正深度改變傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)特性，提高系統(tǒng)潮流系統(tǒng)穩(wěn)定性[15, 16]。我國(guó)一次能源主要分布于人口密度低、北部邊遠(yuǎn)地區(qū)，而人口密度高、用能需求大的區(qū)域則集中資源與用電負(fù)荷呈現(xiàn)逆向分布的特征[17]。高壓直流輸電技超遠(yuǎn)距離電力輸送成為可能，因而遠(yuǎn)距離、大容量直流輸中得到高速發(fā)展[18, 19]。此外，柔性直流輸電技術(shù)作為未來(lái)在風(fēng)電與光伏等新能源外送、直流電網(wǎng)、城市負(fù)荷中心供[16]。直流輸電技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)電力輸送網(wǎng)絡(luò)的一次革命，而

圖 1.3 全功率風(fēng)電機(jī)組控制框圖電力電子化電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征取決于電力電子化并網(wǎng)裝備，而電力電子化并備的動(dòng)態(tài)特性在很大程度上受其裝備內(nèi)部?jī)?chǔ)能元件大小與控制算法所決定。電力化電力裝備采用功率半導(dǎo)體變換器及其調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能量轉(zhuǎn)化，這類裝備雖然較多，且物理結(jié)構(gòu)上也存在差異，但其控制的核心思想存在相似性[25]，即通過(guò)不量大小的儲(chǔ)能元件與對(duì)應(yīng)的控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)能量的有序轉(zhuǎn)化。以圖 1.3 所示的全功風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，其內(nèi)部包含了機(jī)械轉(zhuǎn)子、直流母線電容、交流電容器/電抗器體形式不同、容量大小不一的各種儲(chǔ)能元件。全功率型風(fēng)機(jī)中機(jī)械轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)了機(jī)從風(fēng)力機(jī)至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的傳遞，由于機(jī)械轉(zhuǎn)子質(zhì)量較大可存儲(chǔ)的動(dòng)能較多，故其的響應(yīng)速度在風(fēng)機(jī)各種動(dòng)態(tài)最慢（約為 s 級(jí)）；直流母線電容實(shí)現(xiàn)了電能從機(jī)側(cè)變向網(wǎng)側(cè)變換器傳遞的緩沖，其對(duì)應(yīng)的響應(yīng)速度約為 100ms 級(jí)；網(wǎng)側(cè)變換器交流側(cè)電抗器則對(duì)應(yīng)了風(fēng)機(jī)中最快的響應(yīng)動(dòng)態(tài)（約為 10ms 級(jí)）。此外，為確保各儲(chǔ)能元

【參考文獻(xiàn)】

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4 嚴(yán)干貴;常青云;黃亞峰;李龍;于洋;;弱電網(wǎng)接入下多光伏逆變器并聯(lián)運(yùn)行特性分析[J];電網(wǎng)技術(shù);2014年04期

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本文編號(hào)：2800786