【摘要】：柔性直流輸電(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)是一種以電壓源換流器和脈寬調(diào)制等技術(shù)為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)。與傳統(tǒng)高壓直流輸電相比,VSC-HVDC采用了全控型器件,實現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦,能夠向弱交流系統(tǒng)甚至無源網(wǎng)絡(luò)供電,不會發(fā)生換相失敗,很適合應(yīng)用于海上風(fēng)電并網(wǎng)、分布式能源接入、交流系統(tǒng)互聯(lián)、構(gòu)造多端柔性直流(Voltage Source Converter based Multi-terminal Direct Current,VSC-MTDC)系統(tǒng)等領(lǐng)域,在國內(nèi)外引起了廣泛的關(guān)注。本文對多端柔性直流系統(tǒng)的電壓協(xié)同控制策略、控制參數(shù)優(yōu)化和優(yōu)化運行進(jìn)行了如下研究:在dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立了電壓源換流器的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了VSC-HVDC的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu):外環(huán)根據(jù)所連接網(wǎng)絡(luò)的不同選用不同的控制策略,內(nèi)環(huán)采用前饋補償?shù)慕Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦。在VSC-HVDC控制策略的基礎(chǔ)上,研究了VSC-MTDC適用的直流電壓主從控制、直流電壓偏差控制和直流電壓斜率控制這三種多端系統(tǒng)的控制策略,對三種控制策略進(jìn)行了對比,并設(shè)計了三種策略的控制器結(jié)構(gòu)。提出了一種確定VSC-MTDC系統(tǒng)控制參數(shù)的方法,可以保證控制器對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和過渡過程進(jìn)行準(zhǔn)確、穩(wěn)定的控制。首先以控制器外環(huán)控制量的穩(wěn)態(tài)偏差最小為目標(biāo),確定各控制器控制參數(shù)的初始值,保證對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的控制能力;再根據(jù)系統(tǒng)過渡過程中控制特性區(qū)域的不同劃分時間區(qū)間,構(gòu)造了VSC-MTDC控制特性的評價指標(biāo),并以此為目標(biāo)函數(shù)采用單純型算法對控制參數(shù)的初始值進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化,最終得到控制參數(shù)的最優(yōu)值。仿真驗證表明本文提出的控制參數(shù)整定方法可以改善系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)響應(yīng)。提出了一種適用于VSC-MTDC的分層優(yōu)化控制體系,可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時對系統(tǒng)運行的網(wǎng)損進(jìn)行優(yōu)化。其中控制體系的下層采用直流電壓斜率控制策略,是控制體系的基礎(chǔ);上層通過采集各換流站的出力數(shù)據(jù),以優(yōu)化系統(tǒng)運行時的網(wǎng)損為目標(biāo),考慮系統(tǒng)功率平衡等約束條件,計算出系統(tǒng)的最優(yōu)潮流,進(jìn)而給下層的斜率控制器下發(fā)新的參考值,實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)網(wǎng)損運行。
[Abstract]:Flexible DC transmission (Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC) is a new type of HVDC transmission technology based on voltage source converter and pulse width modulation. Compared with traditional HVDC transmission, VSC-HVDC adopts full control device, realizes decoupling of active power and reactive power, and can supply power to weak AC system or even passive network without commutation failure, so it is suitable for offshore wind power grid connection. Distributed energy access, interconnection of AC systems and construction of multi-terminal flexible DC (Voltage Source Converter based Multi-terminal Direct Current,VSC-MTDC systems have attracted wide attention at home and abroad. In this paper, the voltage cooperative control strategy, control parameter optimization and optimal operation of multi-terminal flexible DC system are studied as follows: the mathematical model of voltage source converter is established in dq0 rotating coordinate system. The double closed loop control structure of VSC-HVDC is deduced. The outer loop adopts feedforward compensation structure to decouple the active and reactive power according to the different control strategies of the connected networks. On the basis of VSC-HVDC control strategy, this paper studies the three control strategies of DC voltage master-slave control, DC voltage deviation control and DC voltage slope control, which are suitable for VSC-MTDC, and compares the three control strategies. The controller structure of three strategies is designed. This paper presents a method to determine the control parameters of VSC-MTDC system, which can ensure the accurate and stable control of the steady and transient process of the system by the controller. Firstly, taking the minimum steady-state deviation of the controller's outer loop control quantity as the goal, the initial value of the controller's control parameters is determined to ensure the control ability of the system's steady-state operation. Then according to the different time interval of the control characteristic region in the transition process of the system, the evaluation index of the VSC-MTDC control characteristic is constructed, and the initial value of the control parameter is further optimized by using the simplex algorithm as the objective function. Finally, the optimal value of the control parameters is obtained. Simulation results show that the proposed method can improve the control accuracy and dynamic response of the system. In this paper, a hierarchical optimal control system for VSC-MTDC is proposed, which can optimize the network loss of the system while ensuring the stable operation of the system. The lower layer of the control system adopts the DC voltage slope control strategy, which is the basis of the control system, and the upper layer takes the power balance of the system into account by collecting the output data of each converter station, aiming at optimizing the network loss while the system is running. The optimal power flow of the system is calculated, and a new reference value is given to the lower slope controller to realize the optimal network loss operation of the system.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM721.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2274478