基于空間矢量脈寬調制的電壓源型高壓直流輸電控制策略研究.pdf

1、為應對和解決能源危機以及環(huán)境問題在電力發(fā)展過程中的消極作用，近年來，新能源發(fā)電技術(如：風力發(fā)電、光伏發(fā)電等)取得了前所未有的快速發(fā)展，然而其固有的分散性、小型性、遠離負荷中心等特性成為其發(fā)展的瓶頸。如果采用傳統(tǒng)方式-交流電進行電能傳輸，則其穩(wěn)定性和經濟性將無法得到保障。與此同時，隨著電力電子的發(fā)展，直流輸電在電壓等級200kV及以上的遠距離大容量輸電、海底電纜輸電等方面所具有的巨大優(yōu)勢又重新被人們所重視，并在現代大電網穩(wěn)定運行中發(fā)揮著

2、重要的作用。然而，由于傳統(tǒng)高壓直流輸電(HVDC)技術存在著無法向弱交流系統(tǒng)和無源網絡供電、換流器產生大量的低次諧波、吸收比較多的無功功率以及投資大等缺陷，使得傳統(tǒng)高壓直流輸電的應用存在著一定的局限性，無法有效地解決新能源輸電問題。
　　 20世紀90年代以來，世界各地逐漸出現了以全控型功率半導體器件和脈寬調制技術(PWM)為基礎的電壓源型高壓直流輸電(VSC-HVDC)工程。從工程實踐中可以看出，VSC-HVDC技術不僅具有傳

3、統(tǒng)高壓直流輸電的優(yōu)點，而且還可以連接分散電源、提高電能質量、實現向無源網絡供電并獨立地、靈活地調節(jié)有功功率和無功功率。VSC-HVDC技術以其獨特的優(yōu)勢，逐漸成為未來電網發(fā)展的趨勢并吸引越來越多的地國內外學者從事有關VSC-HVDC的研究。因此，針對VSC-HVDC技術在電力系統(tǒng)中運行和控制問題的研究具有深刻的理論與實際意義。
　　 本文首先詳細分析了VSC-HVDC的技術特點、應用現狀以及工作原理，奠定課題研究的理論背景。在此

4、基礎上建立了dq同步旋轉坐標系下VSC的強耦合、非線性穩(wěn)態(tài)低頻數學模型，然后利用前向差分法將連續(xù)時間狀態(tài)空間的數學模型離散化，得到VSC-HVDC離散化數學模型，此數學模型不僅進一步明確了VSC換流站有功功率和無功功率的物理概念，而且有易于工程實際中VSC-HVDC控制系統(tǒng)的改進以及數字控制器的實現。文中結合VSC-HVDC離散數學模型以及電機控制領域中廣泛應用的雙閉環(huán)PI調節(jié)控制(內環(huán)電流控制器和外環(huán)功率控制器)思想分別設計了VSC-

5、HVDC雙端電源系統(tǒng)和向無源網絡供電的離散控制系統(tǒng)。然后，利用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC數字仿真系統(tǒng)進行仿真驗證。另外，為了改善控制系統(tǒng)的性能，文中在PSCAD/EMTDC中利用Fortran語言創(chuàng)建了空間矢量脈寬調制(SVPWM)功能模塊，并實現該調制方法在VSC-HVDC控制系統(tǒng)中的應用。
　　 仿真結果表明，基于離散數學模型所設計的控制器簡便有效，能夠很好地控制系統(tǒng)的潮流與穩(wěn)定，滿足各種控