VSC-HVDC控制策略研究.pdf

1、電壓源換流器型直流輸電(VSC-HVDC)是一種以電壓源換流器和脈寬調(diào)制等技術(shù)為基礎(chǔ)的相對(duì)較新的直流輸電技術(shù)。由于具備向無(wú)源系統(tǒng)或者弱交流系統(tǒng)供電、有功功率和無(wú)功功率能快速獨(dú)立控制、易于構(gòu)成多端網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境友好等優(yōu)異性能，VSC-HVDC在輸電和配電領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用前景，吸引了國(guó)內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，VSC-HVDC的造價(jià)和運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用逐步降低，在世界范圍內(nèi)，VSC-HVDC工程建設(shè)方興未艾

2、，其傳輸容量和電壓等級(jí)逐步提高，我國(guó)相關(guān)科研院所和公司也投入了很多力量進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究。在這樣的背景下本文主要就VSC-HVDC的控制策略等進(jìn)行了研究，期望能對(duì)我國(guó)VSC-HVDC技術(shù)的發(fā)展有一定借鑒意義。論文主要內(nèi)容如下：
　　 1.概括性地討論了VSC-HVDC控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)(系統(tǒng)級(jí)控制、換流器級(jí)控制和觸發(fā)級(jí)控制等)，其中換流器級(jí)控制是本學(xué)位論文研究的重點(diǎn)。通過(guò)在交流側(cè)和直流側(cè)引入合理的基值，建立了VSC-HVDC在交

3、流系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)和不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行條件下的標(biāo)幺值數(shù)學(xué)模型，此模型為后續(xù)的主電路參數(shù)選擇及控制器設(shè)計(jì)提供了便利。
　　 2.討論了VSC-HVDC主回路中連接電抗器和直流電容器這兩個(gè)主要電氣設(shè)備參數(shù)的初步選擇方法。
　　 3.為了改善系統(tǒng)故障等條件下VSC-HVDC的運(yùn)行特性和生存能力，提出了兩種換流器級(jí)控制策略：(i)設(shè)計(jì)了一種新型廣義直流電壓控制策略，外環(huán)有功功率控制器(APC)被設(shè)計(jì)成一個(gè)廣義直流電壓控制器(GDCVC)，當(dāng)采用

4、直流電壓控制器的換流站由于某種原因不能有效控制直流電壓時(shí)，控制直流電壓的任務(wù)由采用GDCVC的換流站自動(dòng)、平滑地接替；(ii)設(shè)計(jì)了一種包含“依賴(lài)于直流電壓的電流指令限流單元”(VDCOL)的控制策略。當(dāng)直流電壓異常時(shí)，VDCOL根據(jù)直流電壓信息按照預(yù)先設(shè)計(jì)的規(guī)律快速修正傳遞給內(nèi)環(huán)電流控制器的有功電流指令。這兩種控制策略，都能降低暫態(tài)過(guò)程中交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)間的有功功率不平衡，從而達(dá)到抑制系統(tǒng)的直流過(guò)電壓和欠電壓水平、改善系統(tǒng)運(yùn)行性能、

5、降低系統(tǒng)被迫退出運(yùn)行概率等目標(biāo)，且兩端換流器間不需要進(jìn)行通信聯(lián)系。
　　 4.實(shí)際運(yùn)行的VSC-HVDC系統(tǒng)中存在不確定性因素，如連接電抗器、直流電容器等參數(shù)會(huì)偏離其設(shè)計(jì)值，交流系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)改變。這些不確定性會(huì)惡化控制系統(tǒng)性能，有時(shí)甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。為了降低不確定性對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響，提出了一種基于定量反饋理論(QFT)的VSC-HVDC換流器級(jí)魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。QFT是一種工程化的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法，基于此設(shè)計(jì)方

6、法設(shè)計(jì)了VSC-HVDC的內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)功率控制器。
　　 5.為了減緩VSC-HVDC系統(tǒng)啟動(dòng)及重新啟動(dòng)時(shí)對(duì)自身和電網(wǎng)的沖擊，針對(duì)目前應(yīng)用較廣泛的兩電平和二極管箝位型三電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了一種簡(jiǎn)單、適用于VSC-HVDC系統(tǒng)的兩段式自勵(lì)啟動(dòng)方法。在啟動(dòng)的第一階段，串接限流電阻器對(duì)直流側(cè)電路充電。若設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，電容器電壓不能達(dá)到設(shè)定值，啟動(dòng)轉(zhuǎn)入第二階段，此時(shí)換流站在直流電壓控制器的作用下對(duì)電容器繼續(xù)充電，直至達(dá)到預(yù)