電壓源型并網(wǎng)變換器直流電壓時(shí)間尺度穩(wěn)定性分析研究.pdf

1、電壓源型并網(wǎng)變換器廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、柔性高壓直流輸電、柔性交流輸電、電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)等，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)——電磁穩(wěn)定性問題。研究電壓源型并網(wǎng)變換器穩(wěn)定性的物理機(jī)理有助于理解其引起的電磁穩(wěn)定性問題的本質(zhì)。本文重點(diǎn)研究了電壓源型并網(wǎng)變換器直流電壓時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性，提出了直流電壓時(shí)間尺度穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)方法，以及初步總結(jié)了電壓源型變換器穩(wěn)定性理論和分析方法，具體內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面：

2、>　?。?）建立了電壓源型并網(wǎng)變換器直流電壓時(shí)間尺度的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，通過線性化的方法推導(dǎo)出相應(yīng)的小信號(hào)模型，并解釋了該模型所表現(xiàn)的物理意義。通過并網(wǎng)變換器的詳細(xì)時(shí)域模型和小信號(hào)模型的仿真對(duì)比，驗(yàn)證了所建立模型的正確性和適用性。通過特征根分析法對(duì)并網(wǎng)變換器直流電壓控制系統(tǒng)穩(wěn)定性做了初步的分析，結(jié)果表明弱電網(wǎng)會(huì)引起直流電壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。
　　（2）研究了電壓源型并網(wǎng)變換器直流電壓控制穩(wěn)定性的物理機(jī)理。提出并解釋了直流電

3、壓控制的慣性、阻尼分量和恢復(fù)分量的概念。阻尼分量可以抑制直流電壓的振蕩，恢復(fù)分量可以消除直流電壓的穩(wěn)態(tài)誤差，阻尼或恢復(fù)分量不足將導(dǎo)致直流電壓失穩(wěn)，因此通過分析阻尼和恢復(fù)分量可以判斷直流電壓控制的穩(wěn)定性?；谧儞Q器連接到弱電網(wǎng)時(shí)直流電壓控制系統(tǒng)的相量圖，分析鎖相控制和無(wú)功控制對(duì)阻尼和恢復(fù)分量的影響，發(fā)現(xiàn)鎖相控制和無(wú)功控制對(duì)直流電壓控制的滯后作用會(huì)引起負(fù)阻尼而減弱直流電壓的穩(wěn)定性。通過計(jì)算和分析阻尼和恢復(fù)分量變化曲線，進(jìn)一步研究了不同電網(wǎng)強(qiáng)

4、度下、不同工作點(diǎn)下以及不同控制參數(shù)下，鎖相控制和無(wú)功控制分別對(duì)直流電壓控制穩(wěn)定性的影響。通過仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)分析和結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?。?）研究了電壓源型并網(wǎng)變換器直流電壓時(shí)間尺度穩(wěn)定器的原理、設(shè)計(jì)以及影響。穩(wěn)定器以隔直環(huán)節(jié)、超前環(huán)節(jié)和比例環(huán)節(jié)為主要組成部分。隔直環(huán)節(jié)阻止穩(wěn)態(tài)信號(hào)并且保證直流電壓時(shí)間尺度內(nèi)的振蕩信號(hào)順利通過；超前環(huán)節(jié)可補(bǔ)償鎖相控制和無(wú)功控制對(duì)直流電壓控制的負(fù)面作用，使穩(wěn)定器輸出功率偏差量與直流電壓偏差量同相位以提高系

5、統(tǒng)阻尼分量；比例環(huán)節(jié)能調(diào)節(jié)穩(wěn)定器所提供附加阻尼分量的大小，達(dá)到阻尼優(yōu)化的目的。通過時(shí)域仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)穩(wěn)定器的有效性。分析了不同電網(wǎng)強(qiáng)度下和不同工作點(diǎn)下穩(wěn)定器對(duì)直流電壓控制的阻尼分量和恢復(fù)分量的影響。結(jié)果表明，穩(wěn)定器可以提高弱電網(wǎng)下并網(wǎng)變換器的阻尼分量和功率穩(wěn)定極限。
　?。?）研究了電壓源型并網(wǎng)變換器直流電壓時(shí)間尺度內(nèi)電勢(shì)穩(wěn)定性的物理機(jī)理。試圖從另外一種角度來(lái)理解和分析并網(wǎng)變換器直流電壓時(shí)間尺度穩(wěn)定性問題。內(nèi)電勢(shì)的動(dòng)態(tài)從本質(zhì)上決

6、定了并網(wǎng)變換器對(duì)外所表現(xiàn)的特性。表現(xiàn)內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)特性的三要素為：慣性、阻尼功率和同步功率。慣性決定了受小擾動(dòng)時(shí)內(nèi)電勢(shì)矢量旋轉(zhuǎn)速度的變化率，阻尼功率和同步功率決定了內(nèi)電勢(shì)的小信號(hào)穩(wěn)定性。結(jié)合伯德圖和控制系統(tǒng)向量圖，研究不同工況下鎖相控制對(duì)阻尼和同步功率的影響，以研究其對(duì)內(nèi)電勢(shì)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，變換器連接到弱電網(wǎng)時(shí)，鎖相環(huán)帶寬接近直流電壓控制環(huán)帶寬時(shí)對(duì)內(nèi)電勢(shì)穩(wěn)定性的負(fù)面影響較大，其帶寬遠(yuǎn)離直流電壓環(huán)帶寬時(shí)對(duì)內(nèi)電勢(shì)穩(wěn)定性的影響變小。