【摘要】：基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電技術(shù)(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)在可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電和區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì),是未來(lái)柔性直流輸電領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。由于MMC中含有大規(guī)模的電力電子器件,致使其動(dòng)態(tài)行為復(fù)雜,傳統(tǒng)的數(shù)字仿真方法難以滿足MMC及其控制系統(tǒng)特性分析的需求;而動(dòng)態(tài)物理模擬難以實(shí)現(xiàn)交直流混合系統(tǒng)的全規(guī)模等效模擬;因此,結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)字仿真與動(dòng)態(tài)物理模擬仿真的優(yōu)點(diǎn),建立數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng),是實(shí)現(xiàn)含MMC-HVDC交直流混合系統(tǒng)精確建模分析和工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證的可行方法。功率接口算法是實(shí)現(xiàn)數(shù)字物理混合仿真的關(guān)鍵技術(shù),是保證其閉環(huán)穩(wěn)定性和仿真精確性的有效手段。本文結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目對(duì)MMC-HVDC數(shù)字物理混合仿真功率接口及其算法進(jìn)行了相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)研究,提出了一種適用于MMC-HVDC數(shù)字物理混合仿真的改進(jìn)阻尼阻抗接口算法。研究分析了MMC-HVDC數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其建模等效原則,并揭示了功率接口所引起的混合仿真系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確性問(wèn)題;對(duì)比分析了各類接口算法的特性及其適用領(lǐng)域,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了阻尼阻抗法在穩(wěn)定性和精確性方面的優(yōu)勢(shì),采用該方法進(jìn)行MMC-HVDC數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)功率接口算法的設(shè)計(jì);建立MMC解鎖和閉鎖運(yùn)行狀態(tài)下的戴維南精確等效模型,并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,以提高物理側(cè)等效阻抗的計(jì)算效率,在此基礎(chǔ)上,提出阻尼阻抗接口算法的阻抗實(shí)時(shí)匹配方法;針對(duì)接口延時(shí)所引起的精確性問(wèn)題,提出了基于dq坐標(biāo)變換重構(gòu)電壓信號(hào)的延時(shí)補(bǔ)償控制方法,提高了混合仿真系統(tǒng)的仿真精度;在PSCAD/EMTDC中建立基于改進(jìn)阻尼阻抗接口算法的雙端MMC-HVDC數(shù)字仿真系統(tǒng),對(duì)不同運(yùn)行工況下改進(jìn)阻尼阻抗法與理想變壓器模型法的仿真特性進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明,改進(jìn)阻尼阻抗接口算法可以保證混合仿真系統(tǒng)在不同擾動(dòng)下穩(wěn)定運(yùn)行,且仿真精度較高,具有優(yōu)越的穩(wěn)定性和精確性性能。最后,通過(guò)MMC-HVDC數(shù)字物理混合仿真平臺(tái),驗(yàn)證了本文所提方法的有效性和工程實(shí)用性。本文的研究工作初步實(shí)現(xiàn)了MMC-HVDC數(shù)字物理系統(tǒng)的聯(lián)合仿真,將為我國(guó)交直流混合電網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行特性分析提供有效的仿真分析工具,具有較好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

圖 2-1 PHIL 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功率接口子系統(tǒng)連接DSS和HUT，是實(shí)現(xiàn)PHIL仿真的關(guān)鍵技術(shù)，其作用是間能量和信號(hào)的傳輸與轉(zhuǎn)換，其主要包括接口硬件裝置和接口算法兩個(gè)部硬件裝置主要包括D/A(A/D)轉(zhuǎn)換器、功率放大器(power amplifier，PA)和電

電機(jī)的調(diào)速器和勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至外部控制，并解鎖直流系統(tǒng)。(9) 取消仿真系統(tǒng)的頻率限制，使其具備仿真實(shí)驗(yàn)的條件。圖2-2 交直流混合電網(wǎng)PHIL仿真建模實(shí)現(xiàn)流程2.4 PHIL 仿真系統(tǒng)特性分析閉環(huán)仿真系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是進(jìn)行數(shù)字物理混合仿真的前提，，任何不穩(wěn)定情況的發(fā)生不僅會(huì)產(chǎn)生不準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，還可能引起被測(cè)設(shè)備的損害，造成昂貴的經(jīng)濟(jì)損失。接口硬件裝置所引起的時(shí)間延遲、帶寬限制及諧波注入等問(wèn)題，都可能導(dǎo)致PHIL仿真系統(tǒng)失去穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定性問(wèn)題在大功率應(yīng)用場(chǎng)合中尤為突出。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，本節(jié)以基于ITM接口算法的PHIL仿真系統(tǒng)為例，對(duì)其進(jìn)行特性分析，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-3所示。其中，uS和uH為數(shù)字仿真系統(tǒng)和物理仿真系統(tǒng)的等效電源，ZS和ZH則表示兩子系統(tǒng)的等效阻抗。盡管原來(lái)的電路是穩(wěn)定的
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM721.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2561668