柔性直流输配电系统控制策略的研究

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1、西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要柔性直流输配电系统具有快速控制系统潮流，稳定交流电网电压和能够接入无源系统等优点，可以广泛的应用于电网互联、可再生能源并网、提高电能质量以及向孤岛供电等场合。同时，随着大功率电力电子器件的发展，柔性直流输配电系统的造价、运行和维护费用逐步降低，其传输容量和电压等级逐步提高。该技术极大地拓展了直流输电的应用范围，成为当前输配电领域的研究热点之一。目前我国对于该输配电技术的研究还处于起步阶段，在这样的背景下，本文就柔性直流输配电系统的结构、工作原理、数学模型以及控制策略等方面进

2、行了研究，其主要完成以下几个方面的内容：(1)首先分析了柔性直流输配电系统的基本结构及其工作原理，然后对柔性直流输配电系统中的换流系统进行数学建模，利用开关函数对其数学模型进行线性化处理，最后通过坐标变换导出了换流系统在各个坐标系下的等效电路。在此基础之上，利用直接功率控制算法对换流系统的控制系统进行了设计，提出了基于二自由度的电压平方外环的直接功率控制算法，完成了适用于双端互联的柔性直流输配电系统的控制设计，论文通过计算机仿真验证了换流系统数学模型的正确性以及所提出的控制策略的有效性。(2)分析了电网在不对称故

3、障情况下，柔性直流输电系统中直流电压波动和直流传输功率出现波动的机理，提出利用陷波器与PI控制器相结合的直流电压外环设计方案。同时，提出采用瞬时正序功率替代瞬时功率从而完成了对直接功率控制算法的改进，最后通过计算机对不对称故障情况的双端柔性直流输电系统进行仿真，其仿真结果验证了该提出的改进算法能够有效的抑制直流电压的波动，并且降低电流谐波畸变率。(3)提出了三相一单相牵引换流系统向牵引网供电的技术方案，分析了牵引换流系统的基本结构和工作原理，推导了单相换流系统的数学模型并利用滑模控制算法完成了单相换流系统向牵引网

4、独立供电的控制系统设计。最后论文以FPGA和DSP为核心控制器，IPM模块为主电路，设计了一套三相一单相的实验系统。论文通过计算机仿真和模拟实验验证了所采用控制算法能够有效性的控制单相换流系统的电压和频率，同时也验证了牵引换流系统能够有效的解决电气化铁路的负序问题。(4)针对多端柔性直流输配电系统中直流电压控制的问题，论文提出采用主第

5、I页西南交通大学博士研究生学位论文从控制与直流电压跌落控制相结合的控制方案，通过仿真检验了所提方案在稳态和暂态情况下整个多端系统运行的控制效果。关键词：柔性直流输配电系统；换流系统

6、；直接功率控制：瞬时无功功率理论；电压平方外环；功率内环；滑模控制西南交通大学博士研究生学位论文第lII页Abstract．FlexibleDCtransmissionanddistributionsystemhasmanyadvantages，likerapidlyandindependentcontroltheactiveandreactivepower，stabilizeACvoltageandbeingabletodeliverypowertothewackorpassivenetwork．Itcanbe

7、widelyusedinasynchronouspowergridsinterconnection，renewableenergygrid，improvingpowerqualityanddeliveryingpowertoinland．Withthedevelopmentoffull—controlledpowersemiconductordevices，notonlythecostofinstallingandoperatingofflexibleDCtransmissionanddistributionsy

8、stemisreduced，itstransmissioncapacityandvoltagelevelsareimprovinggradually．TheflexibleDCtransmissionanddistributiontechnologyhasgreatlyexpandedthefieldofapplicationforDCsystemandattractedmoreandmorehomeandabroadscholarstoengageintheresearchonit．Rightnow，there

9、searchonflexibleDCtransmissionanddistributionsystemisstillatbeginning．Thisdissertationfocusesonthesystemstructure，mathematicalmodelingandcontrolstrategy．Itincludesthefollowingcontents：1．T