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文檔簡介

1、 電壓源換流器論文:輕型高壓直流輸電系統(tǒng)的非線性控制策略研究【中文摘要】隨著可關(guān)斷電力電子器件(Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT; Gate-Turn Off Thyrisitor, GTO等)和PWM技術(shù)的發(fā)展,基于電壓源換流器的輕型高壓直流輸電(Voltage Sourced Converter-High Voltage Direct Current, VSC-HVDC)系統(tǒng)越來越受到人們的關(guān)注。與傳統(tǒng)的HVDC輸電系統(tǒng)相比,該輸電技術(shù)具有可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、無換相失敗危險(xiǎn)、有功功率和無功功率獨(dú)立控制和易于構(gòu)成多端直流輸電系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。本文著重研究

2、VSC-HVDC輸電系統(tǒng)的非線性控制策略。第一種方法,建立起雙端無窮大VSC-HVDC輸電系統(tǒng)在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的暫態(tài)非線性數(shù)學(xué)模型,采用狀態(tài)反饋精確線性化的方法,把非線性的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成線性的形式。然后,運(yùn)用變結(jié)構(gòu)的控制方法,設(shè)計(jì)整流側(cè)和逆變側(cè)的控制器,從而實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓恒定和有功、無功功率的獨(dú)立解耦控制;第二種采用無源性理論的方法,建立VSC在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的暫態(tài)非線性數(shù)學(xué)模型,驗(yàn)證了系統(tǒng)的無源性。外環(huán)采用定直流側(cè)電壓和定有功功率、無功功率來生成內(nèi)環(huán)dq軸參考電流id*,iq*;內(nèi)環(huán)采用無源性理論的控制方法,設(shè)計(jì)無源性控制器,用來追蹤參考電流,以達(dá)到控制直流側(cè)電壓和獨(dú)立調(diào)節(jié)有功和

3、無功功率的。最后,基于MATLAB的仿真結(jié)果表明了該控制器能實(shí)現(xiàn)有功功率和無功獨(dú)立控制,在負(fù)載擾動的情況下,具有良好的暫態(tài)控制性能和很強(qiáng)的魯棒性。本文還建立了對無源網(wǎng)絡(luò)供電的VSC-HVDC輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,整流側(cè)采用狀態(tài)反饋精確線性化的方法對非線性數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解耦,然后用變結(jié)構(gòu)的控制方法設(shè)計(jì)控制器;逆變側(cè)利用穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型,利用前饋解耦的控制方法設(shè)計(jì)控制器。最后,基于MATLAB的仿真結(jié)果表明該控制器具有良好的啟動和故障恢復(fù)性能,也能實(shí)現(xiàn)有功功率和無功獨(dú)立控制?!居⑽恼縒ith the development of self-commutated power electronic dev

4、ices (Insulated-Gate Bipolar Transistor, IGBT; Gate-Turn Off Thyrisitor, GTO and so on) and PWM technique, HVDC based on the Voltage Source Converter (VSC-HVDC) has got more and more attention. The VSC-HVDC transmission system has many advantages compared with the traditional HVDC system. For exampl

5、e, it can realize the power supply to passive network, and avoid the risk of commutation failure, and obtain the individual control of active power and reactive power, and is also easy to construct multi-terminal DC system.Two nonlinear control strategies for the VSC-HVDC transmission system are mai

6、nly studied in this paper. In the first strategy, a nonlinear transient mathematical model of VSC-HVDC transmission system in synchronously rotating dq frame is built. To design the controller for this nonlinear system directly, the approach of state feedback exact linearization is adopted to change

7、 the nonlinear mathematical model into the linear one; then utilizing the variable structure control method, the controllers for rectifying side and inversion side are designed, thus the constant voltage at DC side and independent decoupling control for active power and reactive power can be impleme

8、nted.In the second strategy, a nonlinear transient mathematical model of VSC-HVDC in synchronously rotating dq frame is developed and the passivity of the system is also verified. In order to realize the decoupling control between the active power and reactive power, a dual closed loop control strat

9、egy is established. The control strategy includes an outer loop, which contains the DC voltage together with active and reactive power regulators used to generate the inner dq-axis reference currents id*,iq*; and an inner loop, which consists of a passivity-based current controller that applied to t

10、rack the reference currents. Finally, a MATLAB-based simulation model is constructed for simulation analysis of the controllers proposed. Simulation results show that the designed controllers possess satisfied transient control performance and strong robustness.A nonlinear transient mathematical mod

11、el of VSC-HVDC system in synchronously rotating dq frame is developed. In rectifier side, the approach of state feedback exact linearization is adopted to change the nonlinear mathematical model into the linear one, and the variable structure control method is used to design controllers; in the inve

12、rter side, the feedforward decoupling control strategy is adopted to design controllers. At last, the MATLAB simulation results show that the controller has excellent startup and fault recovery performances, and can realize independent decoupling control for active and reactive power.【關(guān)鍵詞詞】電壓壓源換流流器

13、高高壓直流流輸電 狀態(tài)反反饋精確確線性化化 變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制 無源源控制器器【英文關(guān)關(guān)鍵詞】Volltagge SSourrcedd Coonveerteer(VVSC) Hiigh Volltagge DDireect Currrennt(HHVDCC) sstatte ffeeddbacck eexacct llineeariizattionn vaariaablee sttruccturre cconttroll paassiivitty-bbaseed cconttrolllerr【目錄】輕型高高壓直流流輸電系系統(tǒng)的非非線性控控制策略略研究 摘摘要 6-77 AAbsttracct 7

14、第一章章 緒論論 112-220 1.11 HVVDC的的發(fā)展過過程和現(xiàn)現(xiàn)狀 12-13 1.2 HHVDCC技術(shù)的的特點(diǎn)和和局限性性 113-114 1.33 VSSC-HHVDCC的技術(shù)術(shù)特點(diǎn)和和應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域 14-15 1.4 VVSC-HVDDC的應(yīng)應(yīng)用現(xiàn)狀狀 115-116 1.55 VSSC-HHVDCC的研究究現(xiàn)狀 166-188 11.5.1 VVSC-HVDDC系統(tǒng)統(tǒng)工作原原理和數(shù)數(shù)學(xué)模型型研究 166-177 11.5.2 VVSC-HVDDC系統(tǒng)統(tǒng)的控制制器設(shè)計(jì)計(jì)研究 177 11.5.3 VVSC-HVDDC系統(tǒng)統(tǒng)的保護(hù)護(hù)和控制制策略研研究 17-18 1.5.44 VS

15、SC-HHVDCC系統(tǒng)調(diào)調(diào)制波的的生成方方法研究究 118 1.55.5 VSCC-HVVDC系系統(tǒng)在實(shí)實(shí)際領(lǐng)域域中的應(yīng)應(yīng)用研究究 118 1.66 課題題的主要要工作 188-200 第第二章 VSCC-HVVDC的的運(yùn)行原原理和數(shù)數(shù)學(xué)模型型 220-223 2.11 VSSC-HHVDCC的運(yùn)行行原理和和數(shù)學(xué)模模型 20-23 2.1.11 VSSC-HHVDCC的運(yùn)行行原理 200-211 22.1.2 VVSC-HVDDC的數(shù)數(shù)學(xué)模型型 221-223 第三章章 非線線性系統(tǒng)統(tǒng)理論 233-333 33.1 多輸入入多輸出出非線性性系統(tǒng)狀狀態(tài)反饋饋精確線線性化設(shè)設(shè)計(jì)原理理 223-22

16、7 3.11.1 狀態(tài)反反饋精確確線性化化涉及的的幾個基基本概念念 223-226 3.11.2 狀態(tài)反反饋精確確線性化化的條件件 226-227 3.11.3 狀態(tài)反反饋精確確線性化化方法的的設(shè)計(jì)方方法 27 3.2 變變結(jié)構(gòu)控控制理論論 227-330 3.22.1 變結(jié)構(gòu)構(gòu)控制的的基本問問題 28-29 3.2.22 滑模模變結(jié)構(gòu)構(gòu)控制的的設(shè)計(jì) 299-300 33.3 無源性性控制理理論 30-33 3.3.11 無源源性的概概念 30-31 3.3.22 系統(tǒng)統(tǒng)的無源源性和穩(wěn)穩(wěn)定性 311-322 33.3.3 歐歐拉-拉拉格朗日日系統(tǒng) 322-333 第第四章 基于精精確線性性化變

17、結(jié)結(jié)構(gòu)的VVSC-HVDDC的控控制器設(shè)設(shè)計(jì) 33-44 4.1 VVSC-HVDDC系統(tǒng)統(tǒng)控制方方式 33 4.2 選選擇合適適的系統(tǒng)統(tǒng)輸入、輸出量量 333-334 4.33 系統(tǒng)統(tǒng)的精確確線性化化和變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制器設(shè)計(jì)計(jì) 334-338 4.33.1 VSCC-HVVDC的的精確線線性化解解耦 35-37 4.3.22 變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制器設(shè)計(jì)計(jì) 337-338 4.44 VSSC-HHVDCC輸電系系統(tǒng)MAATLAAB仿真真 338-444 4.44.1 有功功功率反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 399-400 44.4.2 無無功功率率階躍響響應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 440-441 4.44.3 系統(tǒng)電電壓階躍躍響應(yīng)實(shí)實(shí)

18、驗(yàn) 41-42 4.4.44 換流流站參數(shù)數(shù)攝動實(shí)實(shí)驗(yàn) 42-44 第五五章 VVSC-HVDDC系統(tǒng)統(tǒng)的無源源性控制制器設(shè)計(jì)計(jì) 444-553 5.11 三相相電壓型型PWMM換流器器結(jié)構(gòu) 444-455 55.2 無源性性控制器器設(shè)計(jì) 455-477 55.2.1 VVSC-HVDDC內(nèi)環(huán)環(huán)參考電電流計(jì)算算 445-446 5.22.2 內(nèi)環(huán)無無源控制制器設(shè)計(jì)計(jì) 446-447 5.33 仿真真分析 477-533 55.3.1 系系統(tǒng)啟動動到穩(wěn)態(tài)態(tài)實(shí)驗(yàn) 488-499 55.3.2 有有功功率率、無功功功率階階躍響應(yīng)應(yīng) 449-550 5.33.3 逆變側(cè)側(cè)三相接接地短路路故障實(shí)實(shí)驗(yàn) 50-53 第六六章 對對無源網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)供電電的VSSC-HHVDCC系統(tǒng)控控制器設(shè)設(shè)計(jì)

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