基于LCC和VSC的Hybrid-HVDC系统的建模与仿真

摘要

近些年，大容量和远距离的电网换相高压直流输电（LCC-HVDC）得到了广泛的应用，但是系统需要消耗大量的无功功率，向无源网络供电时容易发生换相失败。以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC）可独立控制有功和无功，可以解决换相失败的问题，也可连接无源网络并向其供电，但是比电网换相高压直流工程的造价高。此时，混合直流输电（Hybrid-HVDC）成为学者们研究的热点。混合直流输电整合了电网换相直流输电和柔性直流输电的优点，成为了既解决换相失败问题又可实现大容量传输的直流输电方式。
　　首先，本文介绍了混合直流输电的基本原理，详细阐述了LCC-HVDC和VSC-HVDC的基本结构和工作原理。然后，本文详细阐述了LCC-HVDC的数学模型和VSC-HVDC的数学模型以及混合双极直流输电（HB-HVDC）的数学模型，并说明了Hybrid-HVDC的控制方法和HB-HVDC的协调控制策略。最后，本文阐述了混合直流输电建模方法，建立了整流器、直流线路和逆变器的PSCAD仿真模型，完成混合直流输电的建模，并对混合双极直流输电的稳态特性和单相接地故障时系统的运行特性进行了分析。
　　通过仿真可得，LCC和VSC优势互补的Hybrid-HVDC系统稳态特性良好，验证了控制策略的可行性，Hybrid-HVDC中的VSC比LCC拥有更强的故障控制和恢复能力。

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摘 要

Abstract

目 录

Contents

1绪 论

1.1 选题背景和意义

1.1.1 LCC-HVDC的发展

1.1.2 VSC-HVDC 的发展

1.1.3 Hybrid-HVDC 的提出

1.2 Hybrid-HVDC的国内外研究现状

1.3 本文工作和内容安排

2 Hybrid-HVDC系统的基本原理

2.1 Hybrid-HVDC常见的混合结构

2.2 电网换相高压直流输电系统

2.2.1 LCC-HVDC的基本结构

2.2.2 LCC的工作原理

2.3 柔性直流输电系统

2.3.1 VSC-HVDC的基本原理

2.3.2 VSC的运行原理

2.3.3 VSC的调制方式

2.4 本章小结

3 Hybrid-HVDC系统的数学模型和控制策略

3.1 Hybrid-HVDC的数学模型

3.1.1 LCC-HVDC的数学模型

3.1.2 VSC-HVDC的数学模型

3.1.3 HB-HVDC的稳态数学模型

3.2 Hybrid-HVDC的控制策略

3.2.1 Hybrid-HVDC的控制方式

3.2.2 Hybrid-HVDC的控制设计

3.2.3 HB-HVDC的协调控制策略

3.3 本章小结

4 Hybrid-HVDC系统的PSCAD仿真模型

4.1 PSCAD/EMTD中常用的直流输电元件

4.2 混合双极直流输电系统的PSCAD建模

4.2.1 HB-HVDC系统的仿真模型

4.2.2 HB-HVDC系统的整流侧PSCAD建模

4.2.3 HB-HVDC系统的逆变侧PSCAD建模

4.3 本章小结

5 Hybrid-HVDC系统的PSCAD仿真分析

5.1 混合双极直流输电系统的启动

5.2 混合双极直流输电系统的稳态特性

5.3 单相接地故障时混合双极直流输电系统的运行特性

5.3.1 逆变侧交流系统单相接地故障

5.3.2 整流侧交流系统单相接地故障

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果