交流系統(tǒng)故障時(shí)VSC-HVDC系統(tǒng)的控制與保護(hù)策略研究.pdf

1、交流系統(tǒng)故障時(shí)VSC-HVDc系統(tǒng)的控制與保護(hù)策略直接關(guān)系到VSC-HVDC系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行性能，具有明顯的工程應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文采用理論分析和仿真驗(yàn)證相結(jié)合的研究手段，重點(diǎn)研究了交流系統(tǒng)故障時(shí)VSC-HVDC系統(tǒng)的控制與保護(hù)策略及其相關(guān)技術(shù)。研究的主要內(nèi)容如下： (1)研究和建立了理想條件和交流系統(tǒng)電壓不平衡等兩種情況下VSC-HVDC系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在建立理想條件下VSC換流站的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用瞬時(shí)對(duì)稱分量理論和廣

2、義同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)關(guān)系，建立了交流系統(tǒng)電壓不平衡時(shí)VSC換流站的低頻動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。分析了兩種情況下VSC換流站交直流兩側(cè)的有功平衡關(guān)系，結(jié)果表明，交流系統(tǒng)不對(duì)稱故障引起的負(fù)序分量不僅導(dǎo)致VSC換流站的直流側(cè)電壓和輸送的有功功率都產(chǎn)生二倍頻波動(dòng)量，而且會(huì)增大換流電抗器的損耗。 (2)研究了同步相位與瞬時(shí)對(duì)稱分量的實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，它是交流系統(tǒng)故障時(shí)VSC-HVDC保護(hù)控制系統(tǒng)的重要組成部分。基于空間矢量的同步相位和對(duì)稱分量的實(shí)時(shí)檢測(cè)電路將

3、正序電壓的q軸分量作為PLL的輸入信號(hào)，因此在能快速檢測(cè)對(duì)稱分量的同時(shí)又消除了負(fù)序分量對(duì)PLL性能的影響?；趶V義同步坐標(biāo)變換的同步相位和對(duì)稱分量的頻率自適應(yīng)檢測(cè)電路不僅能消除負(fù)序分量對(duì)PLL性能的影響，而且它又適用于交流系統(tǒng)頻率變化的場(chǎng)合。 (3)研究了VSC-HVDC在理想情況下的控制策略。將電機(jī)領(lǐng)域中的雙閉環(huán)控制理論應(yīng)用于VSC—HVDC系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了基于串級(jí)PI調(diào)節(jié)的VSC換流站控制系統(tǒng)。這種控制器具有物理意義

4、清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)?；诜蔷€性系統(tǒng)的反饋線性化控制理論，設(shè)計(jì)了基于輸入輸出反饋線性化的電流解耦控制器，從而簡(jiǎn)化了VSC的控制器設(shè)計(jì)、改善了控制器性能。上述兩種控制系統(tǒng)都采用內(nèi)環(huán)電流控制，能實(shí)現(xiàn)VSC換流站的限流控制，避免了VSC換流站的過(guò)電流和過(guò)電壓。設(shè)計(jì)了向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電的VSC-HVDC系統(tǒng)的控制器，并在變頻、調(diào)壓和負(fù)荷擾動(dòng)等多種工況下驗(yàn)證控制器性能。同時(shí)，研究了VSC-HVDC系統(tǒng)的起動(dòng)控制，提出了一種復(fù)合起動(dòng)控制策略，它能有效地

5、抑制VSC在起動(dòng)過(guò)程中的過(guò)電流。 (4)將VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略研究從理想情況深入到交流系統(tǒng)發(fā)生故障的真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，研究了交流系統(tǒng)故障時(shí)VSC-HVDC系統(tǒng)的控制與保護(hù)策略。主要有：以抑制負(fù)序電流為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種采用雙電流控制環(huán)結(jié)構(gòu)的VSC-HVDC控制保護(hù)系統(tǒng)，它能較好地抑制不對(duì)稱故障所引起的負(fù)序電流，具有良好的控制性能和限流能力。提出了一種負(fù)序電壓實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)腣SC-HVDC不平衡控制策略。該控制器不僅能夠有效地抑制

6、負(fù)序電流，而且簡(jiǎn)化了控制器結(jié)構(gòu)，提高了控制器性能。針對(duì)直流電壓控制要求較高的VSC-HVDC系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種采用加入適當(dāng)負(fù)序電流的有功平衡控制策略，它能有效地抑制不對(duì)稱故障引起的有功功率和直流電壓的二倍頻波動(dòng)量，從而減小一側(cè)交流系統(tǒng)不對(duì)稱故障引起的負(fù)序分量對(duì)另一側(cè)交流系統(tǒng)的影響。分析了故障發(fā)生在VSC-HVDC不同側(cè)的交流系統(tǒng)時(shí)對(duì)VSC換流站直流電壓控制的影響并提出了相應(yīng)的對(duì)策。結(jié)果表明，通過(guò)換流站控制模式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)直流電壓的控

7、制和VSC換流站的限流，因而提高了VSC-HVDC系統(tǒng)的連續(xù)安全運(yùn)行能力。對(duì)所設(shè)計(jì)的以抑制負(fù)序電流為目標(biāo)和以抑制VSC換流站直流側(cè)電壓波動(dòng)為目標(biāo)的兩類(lèi)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析比較。得出的結(jié)論是，對(duì)于直流電壓控制要求較高的VSC-HVDC系統(tǒng)，可以采用以抑制VSC直流側(cè)電壓波動(dòng)為目標(biāo)的控制系統(tǒng)，以抑制負(fù)序電流為目標(biāo)的VSC控制系統(tǒng)則適合應(yīng)用于經(jīng)直流線路進(jìn)行功率輸送的VSC-HVDC系統(tǒng)。比較而言，基于負(fù)序電壓補(bǔ)償?shù)腣SC不平衡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

8、控制性能好，因此更具工程意義。 (5)對(duì)VSC-MTDC系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了研究。在PSCAD/EMTDC上構(gòu)筑了一個(gè)5端的VSC-MTDC仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了主從式單點(diǎn)直流電壓控制策略。系統(tǒng)采用這種控制方式時(shí)，有功調(diào)節(jié)和直流電壓控制都具有很好的剛性，但其運(yùn)行可靠性不高、運(yùn)行方式也不靈活。隨之，提出了一種基于直流電壓偏差控制的多點(diǎn)直流電壓控制策略。換流站采用這種控制策略后，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況能自動(dòng)切換控制模式，確保定直流電壓控制