【摘 要】
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随着大功率可控关断型电力电子器件制造工艺和计算机控制技术的进步,电压源型换流器（Voltage-Sourced Converter,VSC）在高压直流输电（High-Voltage Direct Current,HVDC）领域得到了广泛应用,与基于电流源型换流器（Current-Sourced Converter,CSC）的传统直流输电方式不同,VSC既可以实现有功和无功的独立控制,又能向无源网络
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随着大功率可控关断型电力电子器件制造工艺和计算机控制技术的进步,电压源型换流器（Voltage-Sourced Converter,VSC）在高压直流输电（High-Voltage Direct Current,HVDC）领域得到了广泛应用,与基于电流源型换流器（Current-Sourced Converter,CSC）的传统直流输电方式不同,VSC既可以实现有功和无功的独立控制,又能向无源网络供电,在潮流反转时,只需改变直流电流方向即可实现潮流反转,无需改变直流电压极性,这一特性有利于构成既能方便控制潮流,又具有较高可靠性的并联多端HVDC系统。针对系统稳定性问题,当系统遭受小扰动后,仍能回到以平衡点为中心的区域内,则说明此系统在平衡点是局部稳定,即小信号稳定。交直流混合电力系统的小信号稳定性问题,可通过推导系统关系矩阵,探寻系统特定的稳定运行点,将非线性方程在相应的稳定运行点进行线性化,进一步地针对系统零极点及特征根进行分析,以判断系统的小信号稳定性。小信号分析法是系统稳定性分析和进行参数设计的重要方法,通过建立VSC-HVDC系统小信号模型,分析其特征根分布及根轨迹曲线,能够验证参数设置的合理性,有效判断不同参数对系统稳定性的影响,并通过仿真进行验证。本论文主要研究内容如下:1.针对单端VSC系统及其交流侧的动态特性及参数影响进行研究。基于单端VSC系统的动态特性及控制策略,分析并推导其数学模型,基于此,采用小信号分析方法,建立以可控电压源作为VSC等效输入/输出的系统小信号模型,分析单端VSC系统小信号模型特征根,并进一步地进行根轨迹求解,分析不同参数对单端VSC系统稳定性的影响,针对P/Q及P/Vac控制策略下的单端VSC系统进行仿真验证。2.针对计及开关函数的单端VSC系统和双端VSC-HVDC系统建模及小信号稳定性分析进行研究。分析VSC开关函数建模方法,针对采用不同控制策略且考虑开关函数建模的单端VSC系统进行研究,建立含开关函数的单端VSC系统小信号模型;通过VSC开关函数将交流侧系统与直流侧线路形成互联,进一步地将直流侧线路与另一端VSC系统连接,形成双端VSC-HVDC系统小信号模型;将计及开关函数的双端VSC-HVDC系统进行平均模型等效,研究双端系统中各端参数对整个系统的影响。结果表明,本论文所建立的含开关函数单端VSC系统小信号模型,能够有效体现系统的动态特性,推导出的平均模型能够实现对含开关函数的等效,以开展双端系统的小信号稳定性分析。3.针对三端VSC-HVDC系统,研究定P/Q控制、下垂（Droop）控制及定交流电压(Vac/f)控制三种控制方式下的系统小信号稳定性。建立三端VSC-HVDC系统直流侧数学模型,通过线性化推导直流侧小信号模型,针对三端VSC-HVDC系统不同控制策略,建立采用不同控制策略的三端VSC-HVDC系统:（1）交流侧与电网相连接的三端VSC-HVDC系统,三端VSC控制方式分别为Vdc/Vac控制、P/Q控制、P/Q控制;（2）一端连接负载的三端VSC-HVDC系统,三端VSC控制方式分别为Vdc/Vac控制、P/Q控制、Vac/f控制;（3）一端采用下垂控制的三端VSC-HVDC系统,三端VSC控制方式分别为下垂控制、P/Q控制、Vac/f控制。通过仿真验证构建的多端VSC-HVDC系统小信号模型的正确性,研究其中一端参数变化对另外两端的影响,分析得出多端VSC-HVDC系统的临界参数取值,并根据根轨迹得出参数变化对系统稳定性影响的趋势,最后通过仿真验证理论分析的有效性。
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