高壓直流系統(tǒng)動態(tài)相量建模與控制策略研究.pdf

1、為了服務我國經濟社會的高速發(fā)展，同時充分利用我國中西部地區(qū)的煤炭、水利、風、光等一次能源，我國電網經歷了數十年的高速發(fā)展，已經形成了中西部能源中心集中，中東部負荷中心集中，西電東送，南北互聯(lián)，交直流系統(tǒng)并列運行的基本網架結構。
　　針對我國交直流系統(tǒng)以及風電的發(fā)展，為了為交直流系統(tǒng)動態(tài)過程分析提供新的建模與仿真方法，并為高壓直流系統(tǒng)(High Voltage Direct Current System，HVDC system)緊急

2、功率支援和高壓直流系統(tǒng)跟隨風電功率波動的運行方式提供合理的控制策略，本論文重點研究了能反應高壓直流系統(tǒng)換流器諧波特性的高壓直流系統(tǒng)動態(tài)相量建模、反應交流系統(tǒng)不對稱故障狀態(tài)下直流系統(tǒng)動態(tài)特性的高壓直流系統(tǒng)三相動態(tài)相量建模、含電力電子裝置的電力系統(tǒng)和交直流系統(tǒng)電磁-動態(tài)相量混合仿真方法以及基于自適應動態(tài)面控制的直流系統(tǒng)緊急功率支援控制策略和基于定功率控制的直流系統(tǒng)跟隨風電功率波動控制策略，其主要內容如下:
　　(1)根據動態(tài)相量理論，

3、提出了一種反映直流系統(tǒng)換流器諧波特性的直流系統(tǒng)動態(tài)相量模型，該模型包括完整的直流系統(tǒng)換流器動態(tài)相量模型，直流線路動態(tài)相量模型以及控制器模型;并分析了直流系統(tǒng)動態(tài)相量模型的仿真過程;仿真對比分析表明，所提動態(tài)相量模型能在使用代數模型形式的換流器動態(tài)相量模型及較大仿真步長的情況下反應直流系統(tǒng)的動態(tài)特性，尤其是直流系統(tǒng)換流器對交流系統(tǒng)的諧波特性。完善了直流系統(tǒng)動態(tài)相量模型。
　　(2)為擴展直流系統(tǒng)動態(tài)相量模型的適用性，建立了適應交流系

4、統(tǒng)不對稱狀態(tài)的直流系統(tǒng)三相動態(tài)相量模型，該模型包括完整的直流系統(tǒng)換流器動態(tài)相量模型，直流線路動態(tài)相量模型以及控制器模型;并分析了該動態(tài)相量模型的仿真過程;仿真對比分析表明，所提動態(tài)相量模型能在使用代數模型形式的換流器三相動態(tài)相量模型以及較大仿真步長的情況下，反應交流系統(tǒng)不對稱故障時，直流系統(tǒng)的動態(tài)特性。擴展了直流系統(tǒng)動態(tài)相量模型的在交流系統(tǒng)不對稱狀態(tài)下的應用。
　　(3)為充分發(fā)揮電磁暫態(tài)建模仿真方法和動態(tài)相量建模仿真方法各自在建

5、立交流系統(tǒng)模型和電力電子裝置模型的優(yōu)勢，提出了含電力電子裝置的電力系統(tǒng)中，電力電子裝置使用動態(tài)相量模型，交流系統(tǒng)使用電磁暫態(tài)模型的電磁-動態(tài)相量混合仿真，分析了混合仿真中模型區(qū)域劃分及相互等效方法，并以交直流系統(tǒng)為例分析了電磁-動態(tài)相量混合仿真的具體流程;使用所提反映直流系統(tǒng)換流器諧波特性的直流系統(tǒng)動態(tài)相量模型實現了交直流系統(tǒng)的混合仿真。對比分析，所提混合仿真方法能在使用比電磁暫態(tài)模型簡單的動態(tài)相量模型以及較大仿真步長的情況下，反應交直

6、流系統(tǒng)的動態(tài)特性。為含電力電子裝置的電力系統(tǒng)提供了新混合仿真方法。
　　(4)提出了一種基于自適應動態(tài)面控制的直流系統(tǒng)廣域緊急功率支援控制策略，該策略根據廣域測量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System，WAMS)測量的交直流系統(tǒng)全局信息，利用交直流系統(tǒng)慣量中心(Center of Inertia，COI)等值模型，使用動態(tài)面控制策略和自適應控制理論進行設計，能處理系統(tǒng)未知建模誤差和外界干擾的，使用李亞普諾夫

7、函數法理論證明了所提控制策略下交直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對所提控制策略進行了仿真分析，時域仿真分析結果表明，該直流系統(tǒng)緊急功率支援控制策略對系統(tǒng)不同運行方式和不同故障有較好的自適應性和魯棒性，對信號時滯具有較好的魯棒性;同時其效果優(yōu)于傳統(tǒng)的零極點配置方法及反步法設計的直流系統(tǒng)附加控制策略。
　　(5)研究了在“風火打捆”經直流外送系統(tǒng)中，將調峰調頻能力較弱的送端地區(qū)因風電風功率引起的功率波動轉移到調峰調頻能力強的受端地區(qū)的，基于定功率控