本文關(guān)鍵詞：多端柔性直流輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬及協(xié)調(diào)控制策略研究

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【摘要】：隨著電力工業(yè)的發(fā)展,全控型半導(dǎo)體器件被越來(lái)越多地應(yīng)用到電力的傳輸、分配、電能質(zhì)量的提高等領(lǐng)域之中,基于全控型半導(dǎo)體器件的電壓源換流器(VSC)技術(shù)以及其在高壓直流輸電(HVDC)領(lǐng)域中的應(yīng)用得以飛速發(fā)展。柔性直流輸電技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以獨(dú)立控制有功和無(wú)功功率；能夠向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電；在潮流反轉(zhuǎn)時(shí)僅需調(diào)整直流電流方向,從而更加適用于構(gòu)建多端網(wǎng)絡(luò)等。多端柔性直流輸電(VSC-MTDC)技術(shù)是指使用到多個(gè)電壓源換流器的柔性直流輸電技術(shù),其不僅具有兩端系統(tǒng)的所有特性,同時(shí)還可以用于構(gòu)建多個(gè)送電端、多個(gè)受電端的直流輸電網(wǎng)絡(luò)。由于VSC-MTDC系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)、構(gòu)建城市輸配電網(wǎng)領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。多端柔性直流輸電系統(tǒng)相比于兩端系統(tǒng)而言擁有更高的靈活性和實(shí)用性,適用領(lǐng)域更加寬廣,但與此同時(shí),多端柔性直流輸電系統(tǒng)在控制器設(shè)計(jì)以及控制策略選擇上更為復(fù)雜,因此設(shè)計(jì)和選擇合適的控制策略是構(gòu)建多端直流系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。目前已有的研究成果多停留在數(shù)字仿真階段,而多端柔性直流輸電是一個(gè)復(fù)雜的非線性、多變量的系統(tǒng),因此有必要建立一個(gè)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)多端柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,以反映其在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的運(yùn)行特性。本文首先簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外柔性直流輸電技術(shù)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀,分析了電壓源換流器的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理,在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型與解耦控制方法；隨后,基于分層控制的原理,結(jié)合矢量控制策略,對(duì)系統(tǒng)控制方式和主電路系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇,在PSACD/EMTDC中搭建仿真模型,對(duì)其控制方式的有效性和可行性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。然后,針對(duì)現(xiàn)階段多端柔性直流輸電系統(tǒng)在直流故障閉鎖中存在的不足,分析了不同結(jié)構(gòu)的多電平換流器(MMC)在發(fā)生直流故障時(shí)短路電流的情況,提出了一種改進(jìn)的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),基于錯(cuò)位層疊理論和換流器閉鎖直流故障的原理,設(shè)計(jì)了一種適用于多端柔性直流輸電(VSC-MTDC)系統(tǒng)的混合型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并結(jié)合VSC-MTDC系統(tǒng)直流故障時(shí)的處理原則詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)故障線路切除、非故障線路恢復(fù)的過(guò)程。接著,本文分別對(duì)多端柔性直流輸電動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)和主要程序編寫過(guò)程的介紹�；赑M10CSJ060三菱IPM模塊,并以TMS320F2812定點(diǎn)型DSP控制器為控制核心,建立多端柔性直流輸電系統(tǒng)等比例動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。文中對(duì)其主電路以及外圍電路參數(shù)與器件的選擇進(jìn)行分析,給出了系統(tǒng)主電路的原理圖,以及相關(guān)系統(tǒng)程序的實(shí)現(xiàn)方法。最后,本文以此設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下采購(gòu)相關(guān)器件并搭建了一個(gè)低電壓、低功率的多端柔性直流輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)了一套風(fēng)電光伏并網(wǎng)逆變?cè)O(shè)備,并將其接入所搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之中,進(jìn)行了典型的運(yùn)行實(shí)驗(yàn),給出了示波器波形圖與相關(guān)的結(jié)果分析,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行效果以及控制方式的有效性和可行性。
【關(guān)鍵詞】：多端柔性直流輸電 動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 直流故障穿越 協(xié)調(diào)控制 優(yōu)化控制
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM721.1
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題背景12
• 1.2 多端柔性直流輸電技術(shù)12-17
• 1.2.1 多端柔性直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)13-15
• 1.2.2 多端柔性直流輸電技術(shù)的工程應(yīng)用和發(fā)展前景15-17
• 1.3 VSC-MTDC國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.1 數(shù)學(xué)模型和運(yùn)行特性17-18
• 1.3.2 新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方式18-19
• 1.3.3 多端系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略19
• 1.3.4 故障保護(hù)與處理策略19-20
• 1.3.5 交直流互聯(lián)方面的應(yīng)用20
• 1.4 本文的主要工作20-22
• 第2章 多端柔性直流輸電的基本原理和控制策略22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 多端柔性直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行原理22-24
• 2.3 柔性直流輸電換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)24-26
• 2.3.1 兩電平結(jié)構(gòu)24-25
• 2.3.2 三電平結(jié)構(gòu)25-26
• 2.3.3 模塊化多電平結(jié)構(gòu)26
• 2.4 柔性直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與控制器設(shè)計(jì)26-31
• 2.4.1 直角坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型26-27
• 2.4.2 dq0坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.4.3 雙環(huán)矢量控制器的設(shè)計(jì)28-31
• 2.5 多端柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略31-33
• 2.5.1 主從控制策略31-32
• 2.5.2 電壓下降控制策略32-33
• 2.6 多端柔性直流輸電系統(tǒng)的仿真33-35
• 2.6.1 仿真系統(tǒng)的搭建與參數(shù)選擇33-34
• 2.6.2 仿真結(jié)果與分析34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第3章 新型換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及應(yīng)用于MTDC直流故障控制策略分析36-50
• 3.1 引言36-37
• 3.2 直流故障閉鎖能力分析37-40
• 3.2.1 換流器故障閉鎖原理37-38
• 3.2.2 全橋型子模塊閉鎖分析38-39
• 3.2.3 箝位雙子模塊閉鎖分析39-40
• 3.2.4 級(jí)聯(lián)雙子模塊閉鎖分析40
• 3.3 基于錯(cuò)位層疊理論的混合型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)40-43
• 3.3.1 錯(cuò)位層疊理論在MMC中的應(yīng)用40-42
• 3.3.2 混合型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)42-43
• 3.4 HMMC-MTDC系統(tǒng)直流故障控制策略分析43-45
• 3.5 仿真分析45-49
• 3.5.1 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制仿真及分析45-47
• 3.5.2 直流側(cè)永久性雙極短路故障仿真及分析47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第4章 VSC-MTDC動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)50-67
• 4.1 引言50
• 4.2 換流站的主要設(shè)備與基本控制原理50-52
• 4.2.1 換流站主要設(shè)備及其作用51-52
• 4.2.2 換流站的控制系統(tǒng)介紹52
• 4.3 VSC-MTDC系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)52-60
• 4.3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)52-53
• 4.3.2 換流站主電路設(shè)計(jì)53-56
• 4.3.3 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)56-60
• 4.4 風(fēng)光并網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)60-62
• 4.4.1 并網(wǎng)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)60-61
• 4.4.2 并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)61-62
• 4.5 VSC-MTDC系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)62-66
• 4.5.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)62
• 4.5.2 雙環(huán)控制子程序設(shè)計(jì)62
• 4.5.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)62-63
• 4.5.4 數(shù)字PI算法子程序設(shè)計(jì)63
• 4.5.5 PWM生成算法子程序設(shè)計(jì)63-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第5章 直流動(dòng)模系統(tǒng)的建立與實(shí)驗(yàn)分析67-76
• 5.1 引言67
• 5.2 直流動(dòng)模系統(tǒng)67-70
• 5.2.1 換流站主電路模塊67-68
• 5.2.2 系統(tǒng)控制電路模塊68-69
• 5.2.3 風(fēng)電、光伏發(fā)電與并網(wǎng)設(shè)備69-70
• 5.2.4 包含風(fēng)光并網(wǎng)設(shè)備的多端直流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)70
• 5.3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析70-75
• 5.3.1 系統(tǒng)正常運(yùn)行實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析70-73
• 5.3.2 風(fēng)光并網(wǎng)設(shè)備并網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第6章 總結(jié)與展望76-79
• 6.1 總結(jié)76-77
• 6.2 展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 附錄85-88
• 致謝88-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文89-90
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表90

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本文編號(hào)：880386