可控电容换相直流输电建模仿真及控制策略研究

【摘要】随着高压直流输电工程数量的日益增加和直流额定输送容量的不断提升,对交直流系统的安全稳定性提出了更高的要求。对采用电网换相换流器(linecommutatedconverter,LCC)技术的常规直流输电系统,由于换相电压直接由交流电网提供,逆变侧交流系统故障很可能导致直流系统发生换相失败,严重时甚至可能引发持续换相失败和直流闭锁等连锁反应；同时对于弱送端系统,整流侧交流系统故障也会严重影响直流系统的安全运行。为了提高交直流系统的安全稳定性,对直流输电新技术的研究成为输电领域的热点问题之一。研究表明采用电容换相换流技术可以提高交直流系统运行的安全稳定性。本文在电容换相直流输电技术(capacitorcommutatedconverter,CCC)的基础上,对新型可控电容换相(controlledseriescapacitorconverter,CSCC)直流输电原理进行研究,建立可控电容换相直流输电系统数学模型和仿真计算模型；提出CSCC可控电容的控制策略,以及可控电容阻抗自适应控制方法；对于短路比低于临界值的极弱系统,提出一种含固定电容的CSCC-HVDC系统方案；并通过仿真计算验证所提出的模型和控制策略的有效性。主要的研究内容如下：(1)研究和提出可控电容换相直流输电(CSCC-HVDC)的数学模型,在PSCAD/EMTDC中建立CSCC-HVDC交直流系统仿真计算模型,为CSCC-HVDC运行特性和控制策略的研究提供有效手段。(2)对CSCC-HVDC系统控制原理进行研究,提出CSCC可控电容的控制策略。该控制策略以换流母线电压值与关断角Y,以及交流系统等值阻抗为判据来选择可控电容的投入比例和容抗值,实现提高交直流系统运行稳定性的目标。(3)为了避免CSCC可控电容投运范围变化较大时阻抗跟踪效果变差的问题,提出了理想曲线自适应控制方法和线性化自适应控制方法,通过实时改变PI控制器参数,实现对控制目标的快速准确跟踪。(4)对于短路比低于临界值的极弱系统,提出含固定电容的CSCC-HVDC系统方案,既能够有效提高系统短路比,保证直流系统正常启动运行；又可以提高交直流系统的抗故障扰动能力和暂态稳定性,增强极弱系统接纳直流输电的能力。(5)采用本文建立的仿真计算模型,对CSCC-HVDC系统和LCC-HVDC系统的运行特性进行对比研究,包括直流系统启动运行特性和交流系统故障后的暂态运行特性,验证本文所提出的CSCC-HVDC模型和控制策略的有效性。目前,国内外对于可控电容换相(CSCC)换流器模型及其控制策略的研究处于起步阶段。因此,对CSCC-HVDC模型和控制策略开展深入研究,对于推动CSCC-HVDC直流输电技术的发展具有重要的理论价值和实际意义。
【作者】张一驰；
【导师】印永华；周勤勇；
【作者基本信息】中国电力科学研究院，电力系统及其自动化，2014，硕士
【关键词】可控电容换相换流器(CSCC)；CSCC-HVDC；控制策略；自应控制方法；仿真建模；

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