含VSC-HVDC系统的交流网络多时间尺度暂态特性建模与分析

摘要

我国近年来大力开发柔性直流输电工程，随着柔性直流输电系统的不断并网，我国电网逐渐从早年的单一交流网络转变为交直流混合网络。故对含有柔性直流输电系统的交直流混合网络的仿真建模的研究至关重要。 根据柔性直流输电系统的运行原理，首先建立VSC-HVDC两端供电系统数学模型。根据柔性直流输电系统控制系统的控制机理，建立柔性直流输电系统控制系统。由于传统基于PARK变换的柔性直流输电系统控制器存在解耦不完全的缺陷，故采用基于CLARK变换的思想建立内环电流控制环节。由于柔性直流输电系统的稳定运行依赖于系统足够的响应速度，外环电压控制环节作为控制系统的速度环节，故采用基于PARK变换的思想对外环电压控制环节进行设计。以双端供电的柔性直流输电系统为例，采用直接控制的双环控制方式，建立混合型柔性直流控制系统。控制系统整流侧采用定功率控制方式，逆变侧采用定直流电压控制方式。 根据电力系统多时间尺度建模的思想，建立电力系统元件和电力系统设备多时间尺度数学模型。电力系统元件以电感元件为例，根据希尔伯特变换和自适应频率暂态仿真方法的思想建立电感元件的多时间尺度数学模型。电力系统设备以发电设备为例，通过对励磁系统、调速系统分别建立方程，建立发电设备的多时间尺度数学模型。从数学建模的角度解释多时间尺度建模原理。 在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建柔性直流输电系统控制系统模型，验证控制器设计的准确性。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建含VSC-HVDC系统交直流系统混合仿真模型。其中交流网络采用机电暂态建模方法建立3机9节点交流网络模型，直流系统采用两端供电的VSC-HVDC系统模型。 探究在混合系统中VSC-HVDC系统两侧交流母线发生三相和单相短路故障时系统的暂态特性。与之对比，本文分别建立在机电侧将VSC-HVDC系统进行等效的机电模型和在电磁侧将交流网络等效的电磁模型，同样在等效的VSC-HVDC系统两侧交流母线处发生三相和单项短路故障，分析系统的暂态特性。

目录

第1章 绪 论

1.1 选题的背景及意义

1.2.1 柔性直流输电技术的应用现状

1.2.2 柔性直流输电控制系统的研究现状

1.2.3 含直流系统的交流网络的多时间尺度建模研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 柔性直流输电系统运行原理及数学模型

2.1 引言

2.2 柔性直流输电系统运行原理

2.3 柔性直流输电系统数学模型

2.4 本章小结

第3章 柔性直流输电控制系统设计

3.1 引言

3.2 柔性直流输电控制系统结构

3.3 控制系统的设计

3.3.1 基于CLARK变换的内环电流控制器设计

3.3.2 基于PARK变换的外环电压控制器设计

3.5 本章小结

第4章 电力网络多时间尺度建模原理

4.1 引言

4.2 电力网络多时间尺度建模的特点

4.3 电力网络多时间尺度建模的原理

4.3.1 电力网络元件多时间尺度建模

4.3.2 电力网络设备多时间尺度建模

4.3.3 电力网络多时间尺度建模网络接口原理

4.4 本章小结

第5章 含VSC-HVDC系统交流网络建模仿真分析

5.1 引言

5.2 VSC-HVDC系统仿真模型

5.3 含VSC-HVDC系统的交流网络多时间尺度建模分析

5.3.1 整流侧交流母线故障

5.3.2 逆变侧交流母线故障

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢