VSC-HVDC系统及其在孤岛供电黑启动的应用研究

摘要

近年来，国内外专家和学者主要是对VSC-HVDC换流器的拓扑结构、数学模型、技术特点、控制策略和系统保护进行了一系列研究和探讨，而利用VSC-HVDC作为孤岛黑启动的外接电源完成孤岛系统从大停电到恢复正常运行的整个过程，国内外的工作均比较少。在黑启动过程中，最主要是系统频率、电压和稳定问题，而黑启动初期，其实质上就是利用VSC-HVDC向无源网络供电。基于此，本文在前人研究的基础上，设计了VSC双闭环控制器，同时为了使VSC-HVDC在黑启动过程中具有良好的电压频率特性，本文VSC-HVDC逆变侧采用定交流电压/定频率控制，并在PSCAD软件平台下验证了控制策略的有效性。当交流系统发生严重故障VSC需退出运行时，传统的方法是对VSC直接闭锁，这将会产生暂态过程可能对系统设备造成损害，为此本文提出了一种有功无功斜率控制的关断策略，使VSC平稳退出功率输送，实现自我保护，并保持“热备用”。此外，本文还对黑启动过程中VSC启动方式进行了研究，以抑制启动过程中的操作过电压。在以上工作基础上，本文利用VSC-HVDC连接有源网络作为孤岛黑启动的启动电源，根据孤岛的发电资源、负荷分布、网架结构特点，并充分考虑黑启动方案制定原则，设计了电网恢复步骤，对黑启动的整个过程进行了仿真验证。仿真结果验证了本文在黑启动过程中所采用控制策略的有效性和黑启动方案的正确性，同时也验证了VSC-HVDC具有良好的黑启动能力，是一种理想的黑启动电源。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.1.1 VSC-HVDC技术概述

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文所做的工作

第2章 VSC-HVDC的工作原理和技术分析

2.1 VSC控制的基本原理

2.2 PWM调制时的工作原理及其特性

2.3 VSC-HVDC的稳态特性分析

2.3.1 引言

2.3.2 VSC的运行机理

2.3.3 VSC的稳态模型

2.4 VSC-HVDC在abc和d-q坐标系下的数学模型

2.5 VSC-HVDC的基本控制原理

2.5.1 引言

2.5.2 系统级控制

2.5.3 换流站级控制

2.5.4 换流器阀级控制

2.6 VSC-HVDC控制器的设计

2.6.1 内环电流控制器的设计

2.6.2 外环电压控制器的设计

第3章 基于PSCAD的VSC-HVDC系统建模及其控制策略的研究

3.1 引言

3.2 主电路参数设计

3.2.1 相电抗器设计

3.2.2 交流侧谐波分析及滤波器的设计

3.2.3 直流电容设计

3.3 交流电网非故障时VSC-HVDC的控制策略及仿真分析

3.3.1 引言

3.3.2 VSC-HVDC向无源网络供电仿真分析

第4章 VSC-HVDC在孤岛供电黑启动的应用研究

4.1 引言

4.1.1 黑启动简介

4.1.2 VSC-HVDC在电网黑启动中的应用

4.2 VSC-HVDC作为黑启动电源的运行原理和规律研究

4.3 逆变侧交流系统故障时VSC-HVDC的控制策略

4.3.1 交流电网故障下VSC-HVDC的“软关断”和“热备用”

4.3.2 交流电网发生故障下VSC-HVDC的仿真分析

4.4 VSC-HVDC用于黑启动的启动方式研究

4.4.1 黑启动过程中的过电压问题

4.4.2 VSC-HVDC的“软启动”控制策略研究

4.4.3 VSC-HVDC启动空载长线路的仿真分析

4.5 VSC-HVDC黑启动仿真试验

4.5.1 算例系统描述

4.5.2 VSC-HVDC用于孤岛黑启动时控制器的设计

4.5.3 孤岛黑启动仿真实验

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢