随着电力行业的不断发展,越来越多高耗能企业建造独立自备电厂,提供企业内部生产用电。由于自备电厂供电系统的短路比和转动惯量较小,当系统接入冲击性负荷时将引起系统严重的功率不平衡,发电机组的频率出现大幅波动,严重威胁系统频率稳定性和设备安全,此时,发电机组一次调频系统动作。由于发电机组一次调频功能存在最大功率限制,当负荷变化超过功率调节范围时,一次调频将失去作用。柔性直流输电系统(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)能实现有功功率和无功功率的快速独立调节,提升交流系统的频率和电压的稳定性,可用于解决自备电厂频率波动问题。传统的VSC-HVDC系统在设计时通常注重异步隔离,在运行时按照给定的功率值输送功率,当受端交流电网发生故障时可防止故障区域的扩大,但两端系统的频率支撑作用也受到了限制。为充分发挥VSC-HVDC对有功和无功的快速调整能力,增强交流系统的频率稳定性,本文在VSC-HVDC基本控制的基础上,改进设计了三种附加频率控制器,主要研究内容如下:(1)介绍了VSC-HVDC系统的特点、应用概况和研究现状。通过分析自备电厂供电系统的负荷频率特性和发电机频率特性,探究自备电厂发生频率波动的原因。之后介绍了火电机组的一次调频和紧急功率控制两种调频方式,并分析了每种方式的应用场合和不足。最后,对火电机组的一次调频系统、汽轮机组、电液伺服系统进行简化建模,构造了火电机组调速系统的传递函数,为搭建自备电厂仿真模型奠定了基础。(2)介绍了VSC-HVDC系统的原理、结构和基本控制策略,为维持自备电厂频率稳定,提出增加附加频率控制器的控制方法。之后以VSC-HVDC系统的矢量控制为基础,设计了连接自备电厂供电系统的VSC-HVDC基本控制策略,并在有功功率控制器上分别设计了比例附加频率控制器、比例积分附加频率控制器和改进式附加频率控制器;最后采用根轨迹分析方法,设计了三种附加频率控制器的参数,并分析了每种控制器的参数和自备电厂调频系统参数对系统稳定性的影响。(3)采用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了自备电厂通过VSC-HVDC系统连接主网的模型,并设置了三个不同的案例进行仿真分析,结果表明,在自备电厂负荷突然增加或突然切除的情形下,三种附加频率控制均能对自备电厂供电系统的频率进行调节,减少大容量冲击性负荷接入对柔性直流系统和发电机组的冲击,且改进式附加频率控制器的控制效果最好。