柔性直流输电换流器控制方法研究

发布时间：2017-09-16 02:26

  本文关键词：柔性直流输电换流器控制方法研究

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【摘要】：柔性直流输电是以全控型电力电子器件绝缘栅型双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)和脉冲宽度调制技术(Pulse Width Modulation. PWM)为基础的新一代直流输电技术,能够实现有功功率和无功功率的独立解耦控制,在交流电网非同步互联,分布式新能源发电接入,孤岛供电和城市电网改造等领域拥有巨大的发展潜力,并且在世界范围内已有许多实际工程投入运营。本文着眼于柔性直流输电换流器的控制策略研究,分别将模糊逻辑和自抗扰技术引入双闭环控制原理,设计了一种新型的控制策略,并通过仿真验证了所提出控制策略的有效性。首先,论文研究了柔性直流输电技术的基本原理与系统组成,在阐明四象限运行能力的基础上建立了系统在三相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下的数学模型。并对双闭环控制原理进行了详细的分析,双闭环控制的外环产生指令电流,控制内环根据指令电流调节换流器的输出。根据所要实现控制目标的不同,控制外环可以有不同的实现形式。论文对不同形式的外环控制器进行了设计,同时分析了控制内环采用前馈反馈法解耦的基本原理。然后,针对柔性直流输电系统是一个非线性混合控制系统的特点,论文将模糊逻辑控制引入柔性直流输电控制系统的分析设计中。在介绍模糊控制基本原理的基础上,论文设计了一种结合双闭环控制原理的模糊控制器,以取代原双闭环控制策略中的外环控制器。再次,论文研究了自抗扰技术在换流器控制中的应用。将自抗扰技术与传统PI控制相结合,设计了一种新型的自抗扰技术定直流电压控制器,取代原双闭环控制中的定直流电压控制器。自抗扰技术能够很好的解决由于模型本身的参数变动和外部扰动而造成的控制性能下降问题。最后,通过仿真对本文提出的控制策略进行验证。在Matlab/Simulink环境下搭建一个典型系统模型,通过多种不同工况下的仿真分析,验证了所提出的控制策略在多种工况下都能够迅速、准确的对柔性直流输电系统进行调节。
【关键词】：柔性直流输电 电压源型换流器 控制系统 脉冲宽度调制技术 双闭环控制策略 模糊逻辑控制 自抗扰控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM721.1;TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题的研究背景与意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 换流器拓扑结构研究现状11-13
• 1.2.2 换流器控制策略研究现状13-14
• 1.3 柔性直流输电技术特点与应用领域14-17
• 1.3.1 柔性直流输电技术特点14-15
• 1.3.2 柔性直流输电技术应用领域15
• 1.3.3 柔性直流输电典型工程介绍15-17
• 1.4 论文结构安排17-19
• 第2章 柔性直流输电原理与双闭环控制19-38
• 2.1 VSC-HVDC系统组成19-20
• 2.2 VSC-HVDC四象限运行20-21
• 2.3 VSC-HVDC数学模型21-24
• 2.3.1 三相静止abc坐标系下的VSC-HVDC数学模型21-22
• 2.3.2 同步dq0坐标系下的VSC-HVDC数学模型22-24
• 2.4 柔性直流输电双闭环控制24-30
• 2.4.1 间接电流控制24-25
• 2.4.2 直接电流控制25-30
• 2.5 脉冲宽度调制技术30-37
• 2.5.1 双极性正弦脉冲宽度调制30-31
• 2.5.2 空间电压矢量脉冲宽度调制31-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 模糊逻辑在柔性直流换流器控制系统中的应用38-51
• 3.1 模糊控制基本原理38-40
• 3.1.1 模糊集合38
• 3.1.2 隶属函数与论域38-39
• 3.1.3 模糊系统39-40
• 3.2 模糊控制器的设计方法40-46
• 3.2.1 模糊控制器维数选择40-41
• 3.2.2 输入变量的模糊化41-44
• 3.2.3 设定模糊控制规则44
• 3.2.4 模糊控制的推理方法44-46
• 3.2.5 解模糊方法46
• 3.3 模糊控制在控制外环中的应用46-50
• 3.3.1 定有功功率模糊控制器与定无功功率模糊控制器47
• 3.3.2 输入输出变量语言值及隶属度函数的设计47-49
• 3.3.3 控制规则的建立49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 自抗扰技术及其在换流器控制系统中的应用51-56
• 4.1 自抗扰技术的基本原理51-53
• 4.1.1 微分跟踪器52
• 4.1.2 扩张状态观测器52-53
• 4.1.3 非线性状态误差反馈53
• 4.2 自抗扰技术在直流电压控制外环中的应用53-55
• 4.2.1 自抗扰直流电压控制器结构设计53-54
• 4.2.2 微分跟踪器设计54
• 4.2.3 扩张状态观测器设计54
• 4.2.4 非线性状态误差反馈律设计54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 仿真分析56-65
• 5.1 仿真系统描述56
• 5.2 仿真系统的建立56-59
• 5.2.1 整流侧仿真模型的建立57-58
• 5.2.2 逆变侧仿真模型的建立58-59
• 5.3 仿真结果分析59-64
• 5.3.1 有功斜坡变化59-60
• 5.3.2 有功无功分别作阶跃变化60-61
• 5.3.3 有功潮流翻转61-63
• 5.3.4 三相短路63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论与展望65-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 附录A：攻读学位期间发表的论文目录73

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本文编号：860362