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vsc-hvdc系统有功无功独立调节的控制策略与仿真研究

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VSC-HVDC系统有功无功独立调节的控制策略与仿真研究

作者：孙会洁广西大学

学位级别：硕士

轻型高压直流输电(vsc-hvdc)技术是在传统直流输电基础上发展起来的一种新型输电技术,其主要部件是以绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成的电压源换流器(vsc)。vsc-hvdc凭借着其优越的特性,已经在实际电力系统中得到了广泛地成功应用,但是在理... 详细信息

轻型高压直流输电(vsc-hvdc)技术是在传统直流输电基础上发展起来的一种新型输电技术,其主要部件是以绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成的电压源换流器(vsc)。vsc-hvdc凭借着其优越的特性,已经在实际电力系统中得到了广泛地成功应用,但是在理论研究和实际应用中仍然存在很多亟待解决的问题。与传统hvdc相比,vsc-hvdc可以同时控制有功功率和无功功率是一个非常重要的特点。因此,如何有效地实现有功、无功独立调节的解耦控制就成为了一个重要的研究课题。本文首先研究了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)在vsc控制中的应用。在分析了SVPWM用传统方法不易于实现的情况下,讨论其等效实现方法,并提出一种新的易于实现的等效方案。在vsc稳态模型的基础上,通过坐标变换,引入中间控制量A、B,从而推导出vsc功率传输方程的直角坐标形式,消除三角函数对被控量的影响;采用逆系统方法确定vsc-hvdc系统中间控制量与被控量(直流电压、无功、有功、交流电压)以及中间量与控制量(电压的相角与幅值)之间的函数关系,分析vsc-hvdc系统在连接有源和无源系统时的控制方式和要求,提出与之对应的控制策略;并针对不同的被控制量设计有功功率、无功功率独立调节的vsc-hvdc控制系统。采用PSCAD/EMTDC仿真软件对vsc-hvdc系统工作在有源逆变方式和无源逆变方式两种情况下分别进行了仿真试验,经反复调试,得到稳态运行波形和经整定值调节、潮流反转后各被控制量的波形变化,分析结果表明本文所采用的控制策略在vsc-hvdc系统中能够达到良好的响应速度和控制效果。

关键词： vsc-hvdc系统空间矢量脉宽调制有功无功独立调节控制策略

两电平vsc-hvdc系统直流侧接地方式选择

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电力系统自动化 2009年第5期33卷 55-60页

作者：管敏渊徐政浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流(vsc-hvdc)系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制(SPWM)时vsc的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是vsc交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用... 详细信息

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流(vsc-hvdc)系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制(SPWM)时vsc的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是vsc交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有vsc-hvdc系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建vsc-hvdc系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平vsc-hvdc系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。

关键词： vsc-hvdc系统两电平电压源型换流器接地方式开关函数谐波直流侧电流

vsc-hvdc系统控制结构及稳态模型仿真

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四川水力发电 2012年第5期31卷 117-119页

作者：王铭懿庄永辉嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司四川成都610041 四川二滩建设咨询有限公司四川成都610051

控制系统是vsc-hvdc系统的核心之一。在介绍vsc-hvdc系统结构的基础上,对该系统的数学模型和有功无功功率独立控制策略进行了研究,给出了vsc-hvdc系统的稳态数学模型。确定了该系统两端换流站的四个被控变量与相应控制量之间的对应关系... 详细信息

控制系统是vsc-hvdc系统的核心之一。在介绍vsc-hvdc系统结构的基础上,对该系统的数学模型和有功无功功率独立控制策略进行了研究,给出了vsc-hvdc系统的稳态数学模型。确定了该系统两端换流站的四个被控变量与相应控制量之间的对应关系,并对稳态模型的控制器进行了仿真实验。结果表明:所设计的控制器具有良好的控制性能,为该控制系统的硬件实验提供了理论基础。

关键词： vsc-hvdc系统及稳态模型仿真

多端vsc-hvdc系统转换器协调控制的优化研究

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多端VSC-HVDC系统转换器协调控制的优化研究

作者：余洪伟湖南大学

学位级别：硕士

电压源换流器型直流输电（vsc-hvdc）是一种以电压源换流器和脉宽调制技术为基础的新一代直流输电技术。此技术具备向弱交流系统供电、易于建立多端直流输电网络之间的协调控制、可以独立控制有功功率和无功功率的传输等优异性能,所以VS... 详细信息

电压源换流器型直流输电（vsc-hvdc）是一种以电压源换流器和脉宽调制技术为基础的新一代直流输电技术。此技术具备向弱交流系统供电、易于建立多端直流输电网络之间的协调控制、可以独立控制有功功率和无功功率的传输等优异性能,所以vsc-hvdc系统在远距离输电方面有着极为广泛的应用前景,被国内外学术界广泛关注。由于交流系统对vsc传输容量的限制主要集中在交流系统强度和阻抗特性（通过短路比（SCR）来量化）上。因此,对vsc-hvdc系统转换器协调控制与运行极限的研究显得至关重要。本文将针对vsc-hvdc系统转换器协调控制展开如下研究:首先,本文研究了在不同的交流系统强度和阻抗角下,vsc传输额定容量所需的交流系统最小SCR。多端vsc-hvdc系统应用最大的挑战在于多端之间的协调控制,为每个vsc选择适当的控制参数外,还需要协调不同vsc上的控制器,以便获得整个系统的良好性能。在多个控制器之间实现良好的协调控制极其重要,但是由于每个控制器的复杂性以及多个控制器之间的相互作用,使得多端vsc-hvdc系统很难在实际应用中实现。其次,分析了交流系统SCR对vsc传输容量的影响,通过模型定量分析了vsc在不同交流系统阻抗角下传输有功功率所需的交流系统最小短路比。研究表明当vsc满负荷运行时,由于vsc无法提供足够的无功功率,而导致更小的交流系统SCR。通过在公共连接点（PCC）处进行无功补偿,能够保障vsc在交流系统较低SCR时运行。接着分析了PLL增益对vsc控制的影响。通过建立vsc状态空间模型,并使用非线性EMT模型进行仿真验证。仿真结果表明,在选择最终的系统增益时,必须确定通过小信号分析计算出的增益是否与大信号行为兼容。该模型还表明,PLL增益在交流系统SCR值较小时,极大地影响了vsc-hvdc系统转换器的运行。最后,由于vsc状态空间模型的复杂性,本文针对其优化策略进行了分析,并将其应用于直流电网控制参数的优化。分析了用于多转换器控制增益优化的松弛优化策略,给出了用于参数选择和优化的六端vsc-hvdc仿真实例。使用松弛优化法,将控制变量集中到一个转换器来优化控制增益。但由于整个系统优化过程耗时长,并且所需的计算时间不切实际。为了减少计算时间,提出了采用平均值两级转换器模型进行控制参数优化的方法。分析了转换器整体性能优化方法,通过用于转换器控制参数选择和性能优化的六端vsc-hvdc仿真实例,在考虑优化方法的控制和相互作用的同时验证了转换器性能优化的可行性。

关键词：短路比 vsc-hvdc系统阻抗角小信号分析松弛法多终端vsc控制

设置新型双开关表的vsc-hvdc系统DPC控制器设计与仿真

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电气开关 2013年第3期51卷 37-40页

作者：王东阳付永良西南交通大学电气工程学院四川成都610031

利用vsc-hvdc系统直接功率控制(DPC)原理,针对传统的开关表对有功功率的控制偏弱,导致直流电压跟踪给定值能力差问题,设计新型双开关表,使用三电平滞环比较器,引入辅助电压。该控制器能够能够快速准确的控制系统的有功功率和无功补偿,... 详细信息

利用vsc-hvdc系统直接功率控制(DPC)原理,针对传统的开关表对有功功率的控制偏弱,导致直流电压跟踪给定值能力差问题,设计新型双开关表,使用三电平滞环比较器,引入辅助电压。该控制器能够能够快速准确的控制系统的有功功率和无功补偿,使系统的直流电压传输尽可能的稳定,增强了对直流电压的控制性能,改善了vsc-hvdc系统的抗扰动性能。并且应用Matlab/Simulink仿真软件对设计的控制器进行仿真实验。

关键词： vsc-hvdc系统直接功率控制新型双开关表

浅谈在海上风电传输中采用vsc-hvdc系统

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科技资讯 2012年第20期10卷 4-4页

作者：贺晓泉安磊吴华平中海油新能源投资有限责任公司北京100015

研究证明,在海上风电传输中采用vsc-hvdc技术,可以有效的实现海上风电的大规模开发。本文从vsc-hvdc系统特点分析出发,针对我国海上风电电力传输中存在的主要问题,探究vsc-hvdc系统在海上风电传输中所发挥的功能作用。

关键词：海上风电 vsc-hvdc系统电力传输

含串补输电和vsc-hvdc输电的风电场并网系统次同步振荡机理研究

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电力科学与技术学报 2021年第1期36卷 160-168页

作者：苏勋文裴禹铭崔含晴张冬妮徐宪忠东北电力大学现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室吉林吉林132012 黑龙江科技大学电气与控制工程学院黑龙江哈尔滨150022

针对交—直互联系统的次同步振荡问题,利用复转矩系数法研究含串联电容线路的风电场经vsc-hvdc系统并网的次同步振荡机理。首先,利用小信号模型推导了转速变化对发电机电磁转矩的变化量;然后基于直流输电的控制参数、控制策略、直流线... 详细信息

针对交—直互联系统的次同步振荡问题,利用复转矩系数法研究含串联电容线路的风电场经vsc-hvdc系统并网的次同步振荡机理。首先,利用小信号模型推导了转速变化对发电机电磁转矩的变化量;然后基于直流输电的控制参数、控制策略、直流线路长度等方面来研究系统次同步振荡影响因素,利用测试信号法得到系统阻尼特性;最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件进行时域仿真验证。研究表明,比例系数越大,时间常数越小,系统越容易发生次同步振荡;在抵御系统次同步振荡能力方面,直流输电送端采用定交流电压控制方式要强于定无功功率控制方式;直流线路越长,为系统提供正阻尼越大,直流电压波动越小。

关键词： vsc-hvdc系统小信号模型测试信号法次同步振荡阻尼特性

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vsc-hvdc三相不平衡控制策略

电力自动化设备 2010年第9期30卷 1-5页

作者：袁旭峰高璐文劲宇程时杰贵州大学电气工程学院贵州贵阳550003 华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室湖北武汉430074

分析了电网三相不平衡时电压源换流器高压直流输电(vsc-hvdc)系统的谐波传递特性,设计了一种基于瞬时对称分量法的序分量检测技术,适用于vsc-hvdc系统的正、负序双回路的双闭环控制策略。该控制策略利用瞬时对称分量变换获取电压和电流... 详细信息

分析了电网三相不平衡时电压源换流器高压直流输电(vsc-hvdc)系统的谐波传递特性,设计了一种基于瞬时对称分量法的序分量检测技术,适用于vsc-hvdc系统的正、负序双回路的双闭环控制策略。该控制策略利用瞬时对称分量变换获取电压和电流的无延迟正、负序分量,不仅在时域范围内对传统对称分量法进行了扩展,而且也解决了正、负序分解时所带来的延迟问题。另外,提出在三相不平衡电力系统的控制中增加一个不平衡指令补偿模块,改善vsc-hvdc系统在电网三相不平衡时的运行特性。最后,在仿真软件PSCAD/EMTDC的环境下建立了一个vsc-hvdc系统及相关控制策略,验证了所设计控制策略的正确性。

关键词： vsc-hvdc系统三相不平衡谐波传递特性瞬时对称分量法双闭环控制策略

基于s变换及遗传优化支持向量机的电压源换流器故障诊断技术研究

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高压电器 2017年第11期53卷 71-77,84页

作者：唐志军朱艳邹焕雄王渝红胡松伶国网福建省电力有限公司电力科学研究院福州350007 四川大学电气信息学院成都610065

电压源换流器是vsc-hvdc系统最重要的部件,由于受过压和过流条件的制约,电压源换流器发生故障的可能性较高,维护较为困难。为了有效诊断电压源换流器故障,文中在vsc-hvdc系统电压源换流器故障特性分析的基础上,提出了一种基于s变换结合... 详细信息

电压源换流器是vsc-hvdc系统最重要的部件,由于受过压和过流条件的制约,电压源换流器发生故障的可能性较高,维护较为困难。为了有效诊断电压源换流器故障,文中在vsc-hvdc系统电压源换流器故障特性分析的基础上,提出了一种基于s变换结合遗传优化支持向量机的电压源换流器故障分类方法。通过对直流母线电压幅频特性分析可知,故障信号各频率分量在低频段分布密集且主要集中在工频整数倍附近。据此,利用s变换提取故障信号低频段工频整数倍分量,构造模时频矩阵,采集各频率分量模值平方和及归一化模值平方和作为故障特征向量,利用遗传优化的二叉树多分类支持向量机实现故障类型的准确分类,并运用优化后的二叉树支持向量机对故障信号特征向量样本集进行训练和测试。结果表明,该方法不仅有效降低了特征向量维数,节约了计算时间,且能在样本较少的情况下达到较高的分类准确率。

关键词： vsc-hvdc系统电压源换流器 s变换支持向量机故障诊断