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)制等技術為基礎的相對較新的直流輸電技術。由于具備向無源系統(tǒng)或者弱交流系統(tǒng)供電、有功功率和無功功率能快速獨立控制、易于構成多端網(wǎng)絡和環(huán)境友好等優(yōu)異性能，VSC-HVDC在輸電和配電領域都有著非常廣泛的應用前景，吸引了國內(nèi)外工業(yè)界和學術界的廣泛關注。隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，VSC-HVDC的造價和運行、維護費用逐步降低，在世界范圍內(nèi)，VSC-HVDC工程建設方興未艾

2、，其傳輸容量和電壓等級逐步提高，我國相關科研院所和公司也投入了很多力量進行相關技術的研究。在這樣的背景下本文主要就VSC-HVDC的控制策略等進行了研究，期望能對我國VSC-HVDC技術的發(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)的分層結構(系統(tǒng)級控制、換流器級控制和觸發(fā)級控制等)，其中換流器級控制是本學位論文研究的重點。通過在交流側和直流側引入合理的基值，建立了VSC-HVDC在交

3、流系統(tǒng)對稱和不對稱運行條件下的標幺值數(shù)學模型，此模型為后續(xù)的主電路參數(shù)選擇及控制器設計提供了便利。
　　 2.討論了VSC-HVDC主回路中連接電抗器和直流電容器這兩個主要電氣設備參數(shù)的初步選擇方法。
　　 3.為了改善系統(tǒng)故障等條件下VSC-HVDC的運行特性和生存能力，提出了兩種換流器級控制策略：(i)設計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)被設計成一個廣義直流電壓控制器(GDCVC)，當采用

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，控制直流電壓的任務由采用GDCVC的換流站自動、平滑地接替；(ii)設計了一種包含“依賴于直流電壓的電流指令限流單元”(VDCOL)的控制策略。當直流電壓異常時，VDCOL根據(jù)直流電壓信息按照預先設計的規(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，從而達到抑制系統(tǒng)的直流過電壓和欠電壓水平、改善系統(tǒng)運行性能、

5、降低系統(tǒng)被迫退出運行概率等目標，且兩端換流器間不需要進行通信聯(lián)系。
　　 4.實際運行的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)會偏離其設計值，交流系統(tǒng)的運行狀態(tài)也會改變。這些不確定性會惡化控制系統(tǒng)性能，有時甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。為了降低不確定性對控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響，提出了一種基于定量反饋理論(QFT)的VSC-HVDC換流器級魯棒控制系統(tǒng)設計方法。QFT是一種工程化的魯棒控制器設計方法，基于此設計方

6、法設計了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)啟動及重新啟動時對自身和電網(wǎng)的沖擊，針對目前應用較廣泛的兩電平和二極管箝位型三電平換流器拓撲結構，提出了一種簡單、適用于VSC-HVDC系統(tǒng)的兩段式自勵啟動方法。在啟動的第一階段，串接限流電阻器對直流側電路充電。若設定的時間內(nèi)，電容器電壓不能達到設定值，啟動轉入第二階段，此時換流站在直流電壓控制器的作用下對電容器繼續(xù)充電，直至達到預