基于电压源换流器的高压直流输电控制策略及仿真分析

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VSC-HVDC是一种以全控型器件为基础的,具有电流自关断能力的高压直流输电技术。因其拥有提高电能质量、实现绿色能源并网、完成有功功率和无功功率独立控制、向弱交流系统或无源网络供电等方面的独特优势,受到了各国专家和学者的关注,成为目前输配电领域的研究热点之一。该技术也极大地拓展了直流输电的应用范围,解决了向海上平台、孤立海岛、偏远城镇的供电问题,以及分布式能源和海上风电场并网的难题。  本文针对VSC-HVDC的系统结构、运行原理、控制体系、数学模型、控制策略等方面进行了详细研究。首先从VSC-HVDC的系统结构入手,着重研究了电压源换流器(VSC)的拓扑结构、工作原理及控制特性,为VSC-HVDC系统的运行与控制打下基础。接着对VSC-HVDC的运行原理进行了研究,得出调节输出电压的相角及幅值即可实现对有功功率和无功功率控制的结论,并在此基础上构建了VSC-HVDC系统的控制体系框架,将控制体系划分为总控制层、直流站控制层、极控制层、阀控制层四层结构,加深了对各层次间的关系及控制范围和功能的了解,为VSC-HVDC控制策略的提出奠定了基础。随后推导了VSC-HVDC系统在abe三相静止坐标系及dq旋转坐标系下的数学模型,并通过对不同控制方式的分析研究,设计了整流站采用定有功功率控制,逆变站采用定直流电压控制的双环前馈解耦控制策略,且为了优化系统性能,对启动环节和限流环节进行了设计。最后在PSCAD/EMTDC环境中建立了两端均接入有源网络的VSC-HVDC系统的通用模型,通过对启动控制阶段及有功类指令值阶跃响应的仿真分析,验证了本文所设计控制策略的有效性。
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