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含VSC_HVDC的交直流混合系统稳定性研究

作　者: 林晨
导　师: 杨伟
学　校: 南京理工大学
专　业: 电气工程
关键词: 电压源换流器 系统稳定性 交直流混合输电 MATLAB仿真
分类号: TM721.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着现代电力系统规模的逐渐增大,网络日趋复杂,远距离、大容量的输电与各个大区域之间的电网进行异步互联,城市配电网的发展与环境保护等问题将会日益严重。而采用电压源换流器的柔性直流输电技术,可以进行无源逆变,不存在换相失败,故在交直流混合输电系统中不存在因换相失败而引起输送功率中断威胁整个系统稳定性。VSC换流器能稳定独立控制线路传输的有功、无功功率,类似静止同步补偿器提供无功补偿,来向交流系统提供紧急无功支援。因此对VSC-HVDC的研究将对改善交直流混合配电网电能质量并提高其供电灵活性、可靠性等方面有着重要意义。针对传统直流输电的不足,采用了多重化、三层次的结构设计VSC-HVDC的控制体系。建立了含VSC-HVDC的交直流系统的数学模型,利用双环PI调节的控制策略设计了内环电流控制器与外环控制器,解耦后的dq轴电流可以控制系统的有功与无功分量,并利用电压斜率控制改进外环控制器。基于MATLAB平台搭建了柔性直流输电仿真模型,仿真研究了两端有源网络的功率传输和向无源网络供电的工程状况。结果表明：设计的系统可以对有功与无功功率进行准确、独立控制且两个换流站之间不需要通信。电网电压跌落过大时VSC阀的过电流保护能控制换流站传输功率降额运行,直流电压斜率控制器可以抑制故障下电压波动。在交直流混合网络中,对电力系统稳定器进行了参数优化,并利用VSC的无功补偿能力提高混合系统稳定性。结果表明：参数优化后发电机的转速与功角能迅速稳定,同时联络线上的功率摇摆对直流输电线路没有影响,VSC能稳定控制直流传输的功率,若利用柔性直流异步互联可以根除系统的低频振荡。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题的背景及意义  9-11
    1.1.1 课题的研究背景  9-10
    1.1.2 课题的研究意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 柔性直流输电与传统直流输电的比较  14-16
  1.4 论文的主要工作  16-18
2 VSC-HVDC的原理及控制体系  18-29
  2.1 VSC-HVDC的基本原理  18-23
    2.1.1 VSC的基本特性  18-19
    2.1.2 常用换流器的结构  19-21
    2.1.3 常用换流器的比较  21-22
    2.1.4 VSC-HVDC系统的主要设备  22-23
  2.2 VSC-HVDC技术的应用场合  23-25
  2.3 VSC-HVDC系统控制体系  25-28
    2.3.1 系统级控制  26
    2.3.2 换流器级控制  26-28
    2.3.3 触发级控制  28
  2.4 小结  28-29
3 含VSC的交直流系统数学模型与控制策略研究  29-55
  3.1 含VSC-HVDC的交直流系统的数学模型  29-36
    3.1.1 三相静止坐标下的高频数学模型  30-31
    3.1.2 三相静止坐标下的低频数学模型  31
    3.1.3 两相坐标系下的低频数学模型  31-35
    3.1.4 直流侧的机电暂态数学模型  35-36
  3.2 基于双环PI调节的控制策略研究  36-39
    3.2.1 内环电流控制器模型  36-37
    3.2.2 外环控制器模型  37-39
    3.2.3 基于直流电压斜率控制的外环控制器  39
  3.3 VSC-HVDC系统的仿真研究  39-53
    3.3.1 仿真模型的建立  39-42
    3.3.2 两端有源网络进行功率传输时的仿真分析  42-51
    3.3.3 向无源网络供电的仿真分析  51-53
  3.4 小结  53-55
4 含VSC的交直流混合网络稳定分析  55-67
  4.1 同步发电机模型与混合系统的注入电流  55-56
  4.2 交直流混合系统中PSS参数的优化  56-58
    4.2.1 系统的低频振荡与PSS的模型  56-57
    4.2.2 PSS时间常数的优化  57-58
  4.3 混合线路仿真分析  58-66
    4.3.1 无PSS与利用PSS优化后的系统  59-60
    4.3.2 系统一条交流线路发生三相短路故障  60-63
    4.3.3 系统双回/单回线路切换运行  63-66
  4.4 小结  66-67
5 结论与展望  67-69
  5.1 结论  67-68
  5.2 展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
附录  74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 输配电技术 > 输电制度 > 混合输电
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