本文關(guān)鍵詞：基于電壓源型換流器的多端直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化研究

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【摘要】：目前在大量可再生能源并網(wǎng)的發(fā)展形勢下,電網(wǎng)須及時對其功率進行輸送和消納,這就要求電網(wǎng)具有更高的可靠性和更好的靈活性。多端柔性直流(VSC-MTDC)輸電技術(shù)作為柔性直流(VSC-HVDC)輸電技術(shù)的延伸,不僅具有VSC-HVDC輸電技術(shù)輸電容量大、可控性好、具備動態(tài)無功補償和改善電能質(zhì)量能力、環(huán)境友好性等優(yōu)點,而且其作為構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要組成部分,還可以解決可再生能源并網(wǎng)等帶來的電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量問題,解決多電源供電和多落點受電問題,具有更加靈活和便捷的特點,因而應(yīng)用前景十分廣闊,目前在世界范圍內(nèi)已有多個多端直流的工程已經(jīng)投入了實際運行。然而,相比于VSC-HVDC輸電技術(shù),VSC-MTDC輸電技術(shù)需考慮的問題更多,其控制策略更加復雜,因而有必要對其進行深入研究。一方面,為了保證各種運行情況下VSC-MTDC系統(tǒng)直流電壓的穩(wěn)定和有功功率的平衡,必須對其控制器進行合理的設(shè)計,對其協(xié)調(diào)控制策略進行深入研究；另一方面,為保證VSC-MTDC系統(tǒng)直流網(wǎng)絡(luò)輸電的經(jīng)濟性,需要對其進行基于上層控制器的優(yōu)化研究。正是在這樣的研究背景下,本文以電力系統(tǒng)仿真軟件PSCAD/EMTDC為基礎(chǔ),圍繞著電壓源換流器的數(shù)學模型和控制器設(shè)計、VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略以及優(yōu)化控制等進行了深入的研究和探討。本文首先對電壓源換流器的現(xiàn)有拓撲結(jié)構(gòu)進行了分析,包括三相四線制的VSC拓撲結(jié)構(gòu)和三相三線制的VSC拓撲結(jié)構(gòu)；建立了柔性直流輸電系統(tǒng)在三相靜止坐標系下的數(shù)學模型和d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的暫態(tài)模型,通過增加解耦項可以實現(xiàn)解耦,有利于控制器的設(shè)計；并在所建模型的基礎(chǔ)上,對柔性直流輸電系統(tǒng)的本地控制器進行了設(shè)計,采用矢量控制也即直接電流控制方式,分別對柔性直流輸電系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)電壓控制器進行了相應(yīng)的推導和分析設(shè)計,最后在PSCAD軟件中分別對兩端和三端柔性直流系統(tǒng)進行了參數(shù)設(shè)置和仿真分析,驗證了矢量控制策略的有效性。然后,在傳統(tǒng)的直流電壓-有功功率控制特性的基礎(chǔ)上,提出了基于直流電壓-有功功率改進下降特性的控制模式,并對上述控制特性進行了協(xié)調(diào)控制策略的設(shè)計,對多端柔性直流輸電系統(tǒng)中的輔助換流站引入了帶死區(qū)的直流電壓-有功功率下降控制特性,對定有功功率控制換流站也引入了基于直流電壓-有功功率下降特性的控制方式,并設(shè)計了上述兩種控制方式的控制結(jié)構(gòu)原理圖；然后以五端柔性直流輸電系統(tǒng)為例,對其進行了參數(shù)選擇與計算,并對其直流潮流進行了計算；最后在PSCAD/EMTDC軟件中驗證和分析了正常運行條件、輔助站交流側(cè)故障、主導站交流側(cè)故障三種情況下控制策略的有效性。最后,對內(nèi)點優(yōu)化算法的基本原理進行了分析,并給出了算法的流程框圖。給出了五端VSC-MTDC輸電系統(tǒng)優(yōu)化電壓控制策略的目標函數(shù)、等式約束條件和不等式約束條件,并對其解的存在性進行了分析；對PSCAD與MATLAB聯(lián)合運行的接口進行了變量設(shè)置；對五端VSC-MTDC系統(tǒng)進行了優(yōu)化電壓算法的仿真,給出了直流側(cè)各節(jié)點電壓隨風電場有功功率變化的仿真圖形,并對網(wǎng)損進行了分析。
【關(guān)鍵詞】：電壓源換流器型多端直流輸電 矢量控制 直流電壓-有功功率調(diào)節(jié)特性 協(xié)調(diào)控制 優(yōu)化控制
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM721.1
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 課題背景13-14
• 1.2 VSC-MTDC輸電技術(shù)14-18
• 1.2.1 VSC-MTDC的結(jié)構(gòu)特點14-16
• 1.2.2 VSC-MTDC的工程應(yīng)用和發(fā)展前景16-18
• 1.3 VSC-MTDC國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-24
• 1.3.1 VSC-MTDC系統(tǒng)的數(shù)學模型和運行特性19-20
• 1.3.2 VSC-MTDC系統(tǒng)的新型拓撲結(jié)構(gòu)及控制策略20-21
• 1.3.3 VSC-MTDC系統(tǒng)的控制與保護策略21-22
• 1.3.4 VSC-MTDC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略22-23
• 1.3.5 VSC-MTDC系統(tǒng)的交直流潮流計算23-24
• 1.4 本文的主要工作24-25
• 第2章 VSC數(shù)學模型與雙環(huán)控制策略25-47
• 2.1 引言25-26
• 2.2 電壓源換流器的拓撲結(jié)構(gòu)26-32
• 2.2.1 三相四線制VSC拓撲26-27
• 2.2.2 三相三線制VSC拓撲27-32
• 2.3 VSC的數(shù)學模型32-36
• 2.3.1 abc靜止坐標系下的VSC數(shù)學模型32-34
• 2.3.2 d-q旋轉(zhuǎn)坐標系下的VSC數(shù)學模型34-36
• 2.4 基于VSC的換流站控制器設(shè)計36-41
• 2.4.1 直接電流控制36-37
• 2.4.2 內(nèi)環(huán)電流控制器的設(shè)計37-38
• 2.4.3 外環(huán)電壓控制器的設(shè)計38-41
• 2.5 柔性直流輸電系統(tǒng)的仿真41-46
• 2.5.1 兩端柔性直流輸電系統(tǒng)的仿真41-43
• 2.5.2 三端柔性直流輸電系統(tǒng)的仿真43-46
• 2.6 本章小結(jié)46-47
• 第3章 基于直流電壓-有功功率下降特性的VSC-MTDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略47-63
• 3.1 引言47
• 3.2 直流電壓-有功功率下降特性及換流站控制策略47-52
• 3.2.1 直流電壓-有功功率調(diào)節(jié)特性47-49
• 3.2.2 基于直流電壓-有功功率下降特性的換流站控制策略49-52
• 3.3 VSC-MTDC系統(tǒng)仿真與分析52-62
• 3.3.1 VSC-MTDC系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖52
• 3.3.2 直流潮流計算52-54
• 3.3.3 VSC-MTDC系統(tǒng)控制器參數(shù)選擇方法54-57
• 3.3.4 VSC-MTDC系統(tǒng)仿真57-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 第4章 VSC-MTDC系統(tǒng)的優(yōu)化電壓控制研究63-77
• 4.1 引言63
• 4.2 內(nèi)點優(yōu)化算法63-67
• 4.2.1 內(nèi)點優(yōu)化算法原理63-66
• 4.2.2 內(nèi)點優(yōu)化算法流程圖66-67
• 4.3 VSC-MTDC系統(tǒng)仿真與分析67-75
• 4.3.1 VSC-MTDC系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖67-70
• 4.3.2 PSCAD與MATLAB聯(lián)合運行70-71
• 4.3.3 VSC-MTDC系統(tǒng)仿真71-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第5章 總結(jié)與展望77-79
• 5.1 總結(jié)77-78
• 5.2 展望78-79
• 參考文獻79-85
• 致謝85-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文87-88
• 附件88

【共引文獻】

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本文編號：1083993