基于空间矢量脉宽调制的电压源型高压直流输电控制策略研究

上传者：程皖民
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上传时间：2015-05-11
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基于空间矢量脉宽调制的电压源型高压直流输电控制策略研究

重庆大学硕士学位论文中文摘要
摘要
为应对和解决能源危机以及环境问题在电力发展过程中的消极作用，近年来，
新能源发电技术（如：风力发电、光伏发电等）取得了前所未有的快速发展，然
而其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特性成为其发展的瓶颈。如果采用
传统方式一交流电进行电能传输，则其稳定性和经济性将无法得到保障。与此同
时，随着电力电子的发展，直流输电在电压等级２００ｋＶ及以上的远距离大容量输
电、海底屯缆输电等方面所具有的巨大优势又重新被人们所重视，并在现代大电
网稳定运行中发挥着重要的作用。然而，由于传统高压直流输电（ＨＶＤＣ）技术存
在着无法向弱交流系统和无源网络供电、换流器产生大量的低次谐波、吸收比较
多的无功功率以及投资大等缺陷，使得传统高压直流输电的应用存在着一定的局
限性，无法有效地解决新能源输电问题。
２０世纪９０年代以来，世界各地逐渐出现了以全控型功率半导体器件和脉宽调
制技术（ＰＷＭ）为基础的电压源型高压直流输电（ＶＳＣ．ＨＶＤＣ）工程。从工程实
践中可以看出，ｖＳＣ．ＨｖＤＣ技术不仅具有传统高压直流输电的优点，而且还可以
连接分散电源、提高电能质量、实现向无源网络供电并独立地、灵活地调节有功
功率和无功功率。ＶＳＣ—ＨＶＤＣ技术以其独特的优势，逐渐成为未来电网发展的趋
势并吸引越来越多的地国内外学者从事有关ＶＳＣ．ＨＶＤＣ的研究。因此，针对
ｖＳＣ．ＨＶＤＣ技术在电力系统中运行和控制问题的研究具有深刻的理论与实际意
义。
本文首先详细分析了ＶＳＣ．ＨＶＤＣ的技术特点、应用现状以及工作原理，奠定
课题研究的理论背景。在此基础上建立了由同步旋转坐标系下ＶＳＣ的强耦合、
非线性稳态低频数学模型，然后利用前向差分法将连续时间状态空间的数学模型
离散化，得到ＶＳＣ．ＨＶＤＣ离散化数学模型，此数学模型不仅进一步明确了ＶＳＣ
换流站有功功率和无功功率的物理概念，而且有易于工程实际中ＶＳＣ．ＨＶＤＣ控制
系统的改进以及数字控制器的实现。文中结合ＶＳＣ．ＨｖＤＣ离散数学模型以及电机< br /> 控制领域中广泛应用的双闭环ＰＩ调节控制（内环电流控制器和外环功率控制器）
思想分别设计了ＶＳＣ－ＨＶＤＣ双端电源系统和向无源网络供电的离散控制系统。然
后，利用电磁暂态仿真软件ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ建立了ＶＳＣ．ＨＶＤＣ数字仿真系统进
行仿真验证。另外，为了改善控制系统的性能，文中在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ中利用
Ｆｏｒｔｒａｌｌ语言创建了空间矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）功能模块，并实现该调制方法在
ＶＳＣ—ＨＶＤＣ控制系统中的应用。
仿真结果表明，基于离散数学模型所设计的控制器简便有效，能够很好地控

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