基于空間矢量脈寬調(diào)制的電壓源型高壓直流輸電控制策略研究.pdf

1、為應(yīng)對(duì)和解決能源危機(jī)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(shù)(如：風(fēng)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(yuǎn)離負(fù)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(jìn)行電能傳輸，則其穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性將無法得到保障。與此同時(shí)，隨著電力電子的發(fā)展，直流輸電在電壓等級(jí)200kV及以上的遠(yuǎn)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(xiàn)代大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)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(shù)存在著無法向弱交流系統(tǒng)和無源網(wǎng)絡(luò)供電、換流器產(chǎn)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(yīng)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(jì)90年代以來，世界各地逐漸出現(xiàn)了以全控型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)為基礎(chǔ)的電壓源型高壓直流輸電(VSC-HVDC)工程。從工程實(shí)踐中可以看出，VSC-HVDC技術(shù)不僅具有傳

3、統(tǒng)高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)，而且還可以連接分散電源、提高電能質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)向無源網(wǎng)絡(luò)供電并獨(dú)立地、靈活地調(diào)節(jié)有功功率和無功功率。VSC-HVDC技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，逐漸成為未來電網(wǎng)發(fā)展的趨勢并吸引越來越多的地國內(nèi)外學(xué)者從事有關(guān)VSC-HVDC的研究。因此，針對(duì)VSC-HVDC技術(shù)在電力系統(tǒng)中運(yùn)行和控制問題的研究具有深刻的理論與實(shí)際意義。
　　 本文首先詳細(xì)分析了VSC-HVDC的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀以及工作原理，奠定課題研究的理論背景。在此

4、基礎(chǔ)上建立了dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下VSC的強(qiáng)耦合、非線性穩(wěn)態(tài)低頻數(shù)學(xué)模型，然后利用前向差分法將連續(xù)時(shí)間狀態(tài)空間的數(shù)學(xué)模型離散化，得到VSC-HVDC離散化數(shù)學(xué)模型，此數(shù)學(xué)模型不僅進(jìn)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(shí)際中VSC-HVDC控制系統(tǒng)的改進(jìn)以及數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)。文中結(jié)合VSC-HVDC離散數(shù)學(xué)模型以及電機(jī)控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)控制(內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)功率控制器)思想分別設(shè)計(jì)了VSC-

5、HVDC雙端電源系統(tǒng)和向無源網(wǎng)絡(luò)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(shù)字仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)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(diào)制(SVPWM)功能模塊，并實(shí)現(xiàn)該調(diào)制方法在VSC-HVDC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　 仿真結(jié)果表明，基于離散數(shù)學(xué)模型所設(shè)計(jì)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