VSC-HVDC系统中谐振问题及其主动抑制方法研究

摘要

基于电压源型变流器（Voltage Source Converter。VSC）的高压直流（High Voltage Direct Current。HVDC）输电方式（VSC-HVDC）具有送电密度高、控制灵活等优点。因此，VSC-HVDC在向远离陆地的海岛和钻井平台这一类孤岛上供电、构建城市配电网、新能源并网等方面具有独特的技术优势。其作为现代坚强智能电网中不可缺少的组成部分，最重要的是要其能长期保持稳定、安全运行。然而，交流电网系统在不对称故障或不平衡时会出现电压零、负序等谐波分量，将加剧换流变流器直流偏磁，造成VSC交流侧系统中低次谐波含有量突增，而使得换流元件所受电气应力增加。且在大部分低倍频段内，自公共耦合点（Point of Common Coupling。PCC）处看向VSC的交流低频阻抗性质呈现为电容性，将易导致其与滤波器及交流电网系统之间产生系统网络串、并联谐振。
　　针对不对称故障或不平衡引发的VSC-HVDC与交流电网系统之间的谐振问题，该文从分析谐波分量在VSC交、直流侧系统间的传递规律出发，探讨了VSC交流侧系统中负序谐波对系统运行的影响；同时推导了自PCC处看向VSC的低频阻抗计算式，进而深入解释了引发VSC-HVDC产生系统网络谐振的机理，并针对直流侧电容及PCC处所接交流电网系统强弱分别对系统网络谐振影响进行了定性分析；此外，为能全面阻尼换流站交、直流侧系统间的谐波传递，提出了等效串联一电阻至 VSC交流侧阻抗支路中的控制手段，即虚拟谐波电阻控制（Virtual Harmonic Resistor Control。VHRC）策略，并给出了虚拟谐波电阻Rv.h取值的确定方法。
　　最后，该文借助PSCAD/EMTDC仿真平台，针对所提的VHRC策略，对VSC-HVDC系统串、并联谐振下进行了仿真验证与分析。仿真结果表明，VHRC策略能全面主动阻尼谐波分量在换流站交、直流侧系统间传递，从而有效阻尼了网络谐振和提高了系统安全运行能力，且还不消耗系统功率及影响系统基波功率控制。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3论文的主要内容

第二章 VSC-HVDC系统数学模型与控制原理

2.1 VSC-HVDC运行原理

2.2 交流电网系统平衡时VSC-HVDC数学模型

2.3 交流电网系统不平衡时VSC-HVDC数学模型

2.4 相序分离方法

2.5 VSC-HVDC矢量电流控制原理

2.6 换流阀级控制

2.7 本章小结

第三章 VSC交流低频阻抗计算模型

3.1 VSC交、直流侧系统间谐波传递规律

3.2 负序分量对VSC-HVDC系统运行的影响

3.3 VSC交流低频阻抗计算模型

3.4 VSC直流侧电容大小对系统谐振的影响分析

3.5 交流电网系统强弱对系统谐振的影响分析

3.6 本章小结

第四章 虚拟谐波电阻控制与仿真分析

4.1 虚拟谐波电阻控制

4.2 陷波器设计与性能分析

4.3 虚拟谐波电阻设计

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文

附录B 攻读学位期间参加相关项目