用于海上风电并网连接的VSC-HVDC系统的控制策略研究

【摘要】：随着电力电子技术和新能源发电的快速发展,出现了基于VSC(Voltage Sourced Converters)技术的柔性直流输电系统,VSC-HVDC。VSC-HVDC系统是一种基于电压源换流器(VSC)和串联绝缘栅双极晶体管(IGBT)的新型直流输电技术。就目前来看,VSC-HVDC系统的控制策略硬件实现和输送容量方面成为了其发展的瓶颈,本文的主要工作就是通过应用合理的控制策略,一方面提高系统输送容量,另一方面使其硬件实现简单化。 文中阐述了两电平VSC-HVDC结构和工作原理,将直接功率控制算法和空间矢量算法作比较,直接功率控制方法对有功功率和无功功率进行独立协调控制,且就算法复杂度来说,硬件实现较空间矢量算法来得简单;同时,为了提高系统输送容量,文中研究了三电平VSC-HVDC系统的结构和工作原理,同样采用了直接功率控制算法,通过三个滞环控制协调控制有功功率、无功功率以及中点电压。 基于直接功率控制的两电平VSC-HVDC和三电平VSC-HVDC系统进行了仿真,对两侧换流器交流电流、电压和直流电压进行了分析,实现了双侧换流器的独立控制。对于两电平VSC-HVDC系统,仿真结果仿真结果证明VSC-HVDC系统能够保持直流电压稳定,并可协调控制有功功率和无功功率以实现能量的传输,同时通过调节系统侧无功功率参考值可以满足系统不同的无功需求;对于三电平VSC-HVDC系统,仿真结果证实中点电压、有功、无功功率被很好地控制,输送容量较两电平VSC-HVDC来说有了明显的增长。 对于VSC-HVDC系统的应用,文中研究了带分散风机控制和直流输电的海上风电场并网控制,利用基于功率控制的方法对VSC-HVDC系统并网控制进行了仿真研究,实现了双侧的独立控制,风电场侧由多台分散风机各自带换流器组成,分别采用基于滞环比较的功率控制,而逆变侧换流器采用基于虚拟磁链的直接功率控制。仿真结果证实了基于此算法的VSC-HVDC系统连接大型海上风电场,可以正常稳定地运行,多台换流器对有功功率和无功功率分别进行协调控制,并且可以满足系统不同的无功需求。将三电平VSC-HVDC与风电场相连,同样可以解决传输容量和电能质量方面的问题,取得较好的效果。 【关键词】：VSC-HVDC 直接功率控制 滞环 多电平
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 引言11-13
• 1.2 VSC-HVDC 系统的结构和工作原理13-20
• 1.3 VSC-HVDC 系统的应用领域20-24
• 1.4 VSC-HVDC 系统的实际应用和发展24-26
• 1.5 VSC-HVDC 系统的研究现状26-27
• 1.6 本文的主要研究工作27-29
• 第二章 基于虚拟磁链的直接功率控制算法29-40
• 2.1 引言29-30
• 2.2 虚拟磁链模型30-35
• 2.2.1 虚拟磁链的基本原理30
• 2.2.2 虚拟磁链的模型30-33
• 2.2.3 利用虚拟磁链算法估算功率33-35
• 2.3 直接功率控制35-39
• 2.3.1 瞬时功率理论35-38
• 2.3.2 滞环控制38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 基于功率控制的两电平VSC-HVDC 系统40-60
• 3.1 概述40
• 3.2 三相VSC 的数学模型40-44
• 3.2.1 在静止两相坐标系中的数学模型42-43
• 3.2.2 在旋转两相dq 坐标系中的数学模型43-44
• 3.3 两电平VSC-HVDC 控制电路设计44-47
• 3.3.1 基于虚拟磁链控制的功率估算器45
• 3.3.2 功率滞环比较器45-46
• 3.3.3 开关表46-47
• 3.4 基于虚拟磁链控制的两电平VSC-HVDC 仿真分析47-52
• 3.4.1 仿真系统参数48
• 3.4.2 仿真波形分析48-49
• 3.4.3 系统无功需求变化分析49-50
• 3.4.4 系统侧电压跌落分析50-52
• 3.5 两电平VSC-HVDC 用于连接海上风电场研究分析52-59
• 3.5.1 基于滞环比较的功率控制算法53-54
• 3.5.2 带分散风机控制的VSC-HVDC 系统仿真54-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第四章 基于功率控制的三电平VSC-HVDC 系统60-78
• 4.1 引言60
• 4.2 基于功率控制的三电平逆变器60-69
• 4.2.1 多电平逆变器发展情况60-61
• 4.2.2 基于功率控制的三电平逆变器的控制算法61-67
• 4.2.3 基于直接功率控制的三电平逆变器仿真67-69
• 4.3 基于功率控制的三电平VSC-HVDC69-73
• 4.3.1 仿真系统参数70-71
• 4.3.2 仿真波形分析71-73
• 4.4 三电平VSC-HVDC 用于连接海上风电场研究分析73-76
• 4.5 本章小结76-78
• 第五章 结论与展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文85

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