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近年来,随着电力系统中电网换相型高压直流(LCC-HVDC)工程和电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)工程的增多,包含LCC-HVDC与VSC-HVDC的混合双馈入直流输电系统受到了研究人员的广泛关注。对于混合双馈入直流输电系统,其内部存在的交互作用会对电力系统动态特性以及稳定运行产生影响,同时也对馈入极弱交流系统下的控制系统提出了更高要求。因此本文将针对由LCC-HVDC和采用模块化多电平换流器(MMC)的VSC-HVDC构成的混合双馈入直流输电系统进行分析,对其控制回路间交互作用及控制系统优化展开研究。
首先,本文构建了混合双馈入直流输电系统逆变侧的状态空间模型,对LCC-HVDC换流站中换流器、控制系统、锁相环、滤波器等部分,MMC-HVDC换流站中换流器、控制系统、锁相环等部分,受端等值交流系统以及联络线分别进行了建模分析。所构建的状态空间模型可为后续的交互影响分析、小干扰稳定性分析以及控制器参数优化奠定模型基础。
其次,本文定量分析了混合双馈入直流输电系统内部存在的交互作用。针对LCC-HVDC逆变侧采用定关断角控制,MMC-HVDC逆变侧采用定有功、定交流电压控制方式,基于稳态相对增益矩阵理论和动态相对增益矩阵理论定量分析了交流系统强度、联络线长度、HVDC输送功率水平以及直流功率振荡频率等因素对混合双馈入直流输电系统交互作用程度的影响;基于稳态相对增益矩阵理论对其它控制方式下混合双馈入直流输电系统内部的交互作用进行了研究;通过时域仿真验证了上述理论分析的正确性。所做研究从控制理论的角度为混合双馈入直流输电系统交互作用分析提供了定量分析的新视角。
最后,本文针对LCC-HVDC逆变侧采用定关断角控制,MMC-HVDC逆变侧采用定有功、定交流电压控制方式,研究了混合双馈入直流输电系统控制回路间耦合作用与系统小干扰稳定性的关联性;并基于系统小干扰稳定性分析,利用粒子群算法对馈入极弱交流系统的混合双馈入直流输电系统中控制器参数进行了优化,从提升系统阻尼特性出发,确立了控制器参数优化的目标函数,并基于特征值灵敏度分析法精简了所需优化的控制器参数个数;最后通过特征值分析法和时域仿真法验证了控制器参数优化结果在增强系统小干扰稳定性及阻尼特性方面的有效性。
首先,本文构建了混合双馈入直流输电系统逆变侧的状态空间模型,对LCC-HVDC换流站中换流器、控制系统、锁相环、滤波器等部分,MMC-HVDC换流站中换流器、控制系统、锁相环等部分,受端等值交流系统以及联络线分别进行了建模分析。所构建的状态空间模型可为后续的交互影响分析、小干扰稳定性分析以及控制器参数优化奠定模型基础。
其次,本文定量分析了混合双馈入直流输电系统内部存在的交互作用。针对LCC-HVDC逆变侧采用定关断角控制,MMC-HVDC逆变侧采用定有功、定交流电压控制方式,基于稳态相对增益矩阵理论和动态相对增益矩阵理论定量分析了交流系统强度、联络线长度、HVDC输送功率水平以及直流功率振荡频率等因素对混合双馈入直流输电系统交互作用程度的影响;基于稳态相对增益矩阵理论对其它控制方式下混合双馈入直流输电系统内部的交互作用进行了研究;通过时域仿真验证了上述理论分析的正确性。所做研究从控制理论的角度为混合双馈入直流输电系统交互作用分析提供了定量分析的新视角。
最后,本文针对LCC-HVDC逆变侧采用定关断角控制,MMC-HVDC逆变侧采用定有功、定交流电压控制方式,研究了混合双馈入直流输电系统控制回路间耦合作用与系统小干扰稳定性的关联性;并基于系统小干扰稳定性分析,利用粒子群算法对馈入极弱交流系统的混合双馈入直流输电系统中控制器参数进行了优化,从提升系统阻尼特性出发,确立了控制器参数优化的目标函数,并基于特征值灵敏度分析法精简了所需优化的控制器参数个数;最后通过特征值分析法和时域仿真法验证了控制器参数优化结果在增强系统小干扰稳定性及阻尼特性方面的有效性。