柔性直流輸電系統(tǒng)建模及小干擾穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的技術(shù)進(jìn)步和性能的不斷提升，基于電壓源換流器的柔性直流輸電以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，隨著大規(guī)模新能源的開發(fā)利用，柔性直流輸電工程的容量不斷增大，電壓等級(jí)不斷提高，其運(yùn)行的安全穩(wěn)定性逐漸受到電網(wǎng)公司和學(xué)者們的廣泛關(guān)注。在此背景下，本文著重研究了柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及潮流計(jì)算方法，建立了柔性直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，提出了一種柔性直流輸電系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性分析方法，基于開關(guān)函數(shù)建立了柔直換流閥等

2、效模型，并設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)。
　　首先，本文提出采用基于節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的高斯-賽德爾(GS)法求解柔性直流電網(wǎng)潮流，該方法與節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的GS法和牛頓-拉夫遜(NR)法相比，具有收斂性好且不易受初值影響的優(yōu)點(diǎn)。建立了含柔性直流的交直流混合系統(tǒng)潮流計(jì)算數(shù)學(xué)模型，采用交直流交替迭代法進(jìn)行潮流計(jì)算，并分析了控制方式轉(zhuǎn)換對(duì)潮流分布的影響;采用靈敏度分析法確定了直流潮流控制器(DCPFC)在柔性直流電網(wǎng)中的最優(yōu)安裝位置;引入等效注入功率法，

3、將DCPFC對(duì)柔性直流電網(wǎng)潮流的影響轉(zhuǎn)移至其所在支路的兩側(cè)節(jié)點(diǎn)上，有效避免了節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣維數(shù)的增加，提高了計(jì)算效率。
　　其次，基于dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，建立了柔性直流輸電系統(tǒng)直流網(wǎng)絡(luò)、交流網(wǎng)絡(luò)、交直流接口、功率控制站、電壓控制站的動(dòng)態(tài)模型。為了使模型適用于未來柔性直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的要求，進(jìn)一步建立了下垂控制換流站的詳細(xì)動(dòng)態(tài)模型。在PSCAD/EMTDC中搭建了五端柔性直流輸電系統(tǒng)模型，通過時(shí)域仿真，驗(yàn)證了所建動(dòng)態(tài)模型的有效性。對(duì)比了傳統(tǒng)

4、主從控制和下垂控制方式下各換流站的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，進(jìn)一步證明下垂控制站能夠主動(dòng)參與功率調(diào)節(jié)，有效的防止主換流站過載。
　　再次，本文提出將柔性直流輸電系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性研究分為兩部分:第一部分通過柔性直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)分析整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。基于柔性直流輸電系統(tǒng)的小干擾動(dòng)態(tài)模型，建立了適于阻抗法穩(wěn)定性分析的復(fù)頻域等效電路，提出應(yīng)用ESAC標(biāo)準(zhǔn)判斷柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并以控制參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響作為其參數(shù)整定的主要依據(jù)。該方法在實(shí)際應(yīng)

5、用中，無需事先給定換流站的詳細(xì)參數(shù)，適用于具有不同換流閥拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的柔性直流輸電系統(tǒng)。第二部分通過柔性直流輸電系統(tǒng)的交流側(cè)分析整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先，根據(jù)dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建換流站的等效電路，推導(dǎo)換流站的等效導(dǎo)納。然后，采用注入非特征諧波電流法檢測(cè)交流電網(wǎng)阻抗。最后，根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，通過交直流阻抗比的頻域特性對(duì)柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。仿真表明，通過合理的控制參數(shù)配置，能夠使柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯著改

6、善。
　　最后，本文提出采用等時(shí)間常數(shù)原則設(shè)計(jì)柔性直流換流閥動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)。通過開關(guān)函數(shù)建立了基于模塊化多電平換流器(MMC)的柔直換流閥RLC等效模型;根據(jù)相似性定理，利用積分相似法得到MMC柔直換流閥動(dòng)模系統(tǒng)的相似條件，提出了用于MMC柔直換流閥動(dòng)模系統(tǒng)設(shè)計(jì)的等時(shí)間常數(shù)相似判據(jù)。該相似判據(jù)不但能夠滿足電路功率特性的約束，而且可以保證MMC柔直動(dòng)模系統(tǒng)與實(shí)際工程具有相似的過渡過程?；谛「蓴_穩(wěn)定性分析方法，對(duì)動(dòng)模系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行