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基于电压源换流器的高压直流输电系统数学建模与仿真分析
中文名称: 基于电压源换流器的高压直流输电系统数学建模与仿真分析
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论文编号: 3116772收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Mathematical Modeling and Simulation Analysis for Voltage Source Converter Based HVDC
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 电力系统及其自动化
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 电压源换流器 脉宽调制 高压直流输电 稳态模型 潮流算法 暂态稳定分析模型 小干扰线稳定模型 低频振荡 阻尼控制器 机电暂态 电磁暂态 混合仿真 多端直流输电 次同步振荡 PSASP/UD PSASP/UPI PSCAD/EMTDC
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论文简介:随着可关断器件性能的改进以及容量的提升,基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)已经成为现实。VSC-HVDC 以其独特的技术优点,正吸引着国内外电力学者以及电力规划、设计和运行人员越来越多的关注。在我国,对该项输电技术的研究尚属于起步阶段。本论文着重研究 VSC-HVDC 输电系统的数学建模、仿真方法以及其对交流输电系统暂态特性的影响。 本论文首先分析了电压源换流器的稳态功率特性,确定了对应VSC稳态运行状态的四个变量。建立了适用于牛顿法潮流计算的VSC-HVDC 稳态数学模型,鉴于VSC-HVDC输电系统中各VSC的控制对象大多为交流变量的特点,提出了VSC-HVDC交直流混合系统潮流的交替求解算法,算法中计及了VSC的容量约束。该潮流算法可为含有VSC-HVDC装置的系统暂态仿真提供变量初值。 基于节点电流注入法,建立了VSC-HVDC输电系统的暂态稳定分析模型,该模型包括:VSC 交流侧准稳态模型、直流输电系统内部动态模型以及控制系统模型三个部分。利用电力系统分析综合程序(PSASP)提供的用户自定义(UD)功能,实现了对VSC-HVDC 交直流并联、并列输电系统的暂态稳定分析。 建立了VSC-HVDC 小干扰稳定分析模型。通过对频域响应的系统辨识以及时域响应的Prony辨识,分别在单机交直流并联以及多机交直流并列输电系统中,得到了VSC-HVDC 有功功率设定值与其交流并联、并列输电线路有功功率之间的开环传递函数。在此基础上,并利用极点配置技术,设计了VSC-HVDC 的附加低频振荡阻尼控制器。系统的大扰动非线性仿真表明,配备附加阻尼控制器的VSC-HVDC能够显著增加系统的振荡阻尼,有效地抑制低频振荡。 采用单极性二值逻辑开关函数,建立了VSC-HVDC 的开关函数暂态模型,该模型是对VSG-HVDC 拓扑变换过程的详细描述,因此可精确地反映出VSC-HVDC内部各物理量的变化过程。进一步通过忽略开关函数中的高频分量,建立了同步旋转dq0坐标系下的VSC暂态模型,并设计了相应的解耦控制器,实现了VSC交流有功功率和无功功率的独立控制。 基于隐式梯形积分算法,建立了 VSC-HVDC 详细的电磁暂态仿真模型,并基于PSASP提供的用户自定义程序接口(UPI)功能,提出了VSC-HVDC/AC交直流机电电磁混合仿真算法。通过与电磁暂态仿真软件 PSCAD/EMTDC 中仿真电路模型计算结果的对比,验证了VSC-HVDC 电磁暂态仿真模型以及混合仿真算法的正确性。此外,还分析了VSC交流侧采用电磁暂态模型与采用准稳态模型时的仿真计算精度。 利用PSCAD/EMTDC搭建了多端VSC-HVDC的仿真电路模型,设计了VSC向无源网络供电时的控制系统。仿真分析了无源阻感负荷功率波动、感应电动机再生反馈电力、有源网络不对称短路故障等扰动,对多端VSC-HVDC运行特性的影响。 最后,在研究次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)的 IEEE First Benchmark系统中,仿真分析了配置解耦控制器的VSC对发电机电气阻尼特性的影响。
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