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1、 电压源换流器论文：轻型高压直流输电系统的非线性控制策略研究【中文摘要要】随着可可关断电力力电子器件件(Inssulatted-ggate Bipoolar Trannsisttor, IGBTT; Gaate-TTurn Off Thyrrisittor, GTO等等)和PWWM技术的的发展,基基于电压源源换流器的的轻型高压压直流输电电(Volltagee Souurcedd Connvertter-HHigh Volttage Direect CCurreent, VSC-HVDCC)系统越越来越受到到人们的关关注。与传传统的HVVDC输电电系统相比比,该输电电技术具有有可向无源源网络供电
2、电、无换相相失败危险险、有功功功率和无功功功率独立立控制和易易于构成多多端直流输输电系统等等优点。本本文着重研研究VSCC-HVDDC输电系系统的非线线性控制策策略。第一一种方法,建立起双双端无穷大大VSC-HVDCC输电系统统在同步旋旋转dq坐坐标系下的的暂态非线线性数学模模型,采用用状态反馈馈精确线性性化的方法法,把非线线性的数学学模型转化化成线性的的形式。然然后,运用用变结构的的控制方法法,设计整整流侧和逆逆变侧的控控制器,从从而实现直直流侧电压压恒定和有有功、无功功功率的独独立解耦控控制；第二二种采用无无源性理论论的方法,建立VSSC在同步步旋转dqq坐标系下下的暂态非非线性数学学模型
3、,验验证了系统统的无源性性。外环采采用定直流流侧电压和和定有功功功率、无功功功率来生生成内环ddq轴参考考电流idd*,iqq*；内环环采用无源源性理论的的控制方法法,设计无无源性控制制器,用来来追踪参考考电流,以以达到控制制直流侧电电压和独立立调节有功功和无功功功率的。最最后,基于于MATLLAB的仿仿真结果表表明了该控控制器能实实现有功功功率和无功功独立控制制,在负载载扰动的情情况下,具具有良好的的暂态控制制性能和很很强的鲁棒棒性。本文文还建立了了对无源网网络供电的的VSC-HVDCC输电系统统的数学模模型,整流流侧采用状状态反馈精精确线性化化的方法对对非线性数数学模型进进行解耦,然后用变
4、变结构的控控制方法设设计控制器器；逆变侧侧利用稳态态数学模型型,利用前前馈解耦的的控制方法法设计控制制器。最后后,基于MMATLAAB的仿真真结果表明明该控制器器具有良好好的启动和和故障恢复复性能,也也能实现有有功功率和和无功独立立控制。【英文摘要要】Witth thhe deeveloopmennt off sellf-coommuttatedd powwer eelecttroniic deevicees (IInsullatedd-Gatte Biipolaar Trransiistorr, IGGBT; Gatee-Turrn Offf Thhyrissitorr, GTTO annd
5、 soo on) andd PWMM tecchniqque, HVDCC bassed oon thhe Vooltagge Soourcee Connvertter (VSC-HVDCC) haas goot moore aand mmore atteentioon. TThe VVSC-HHVDC trannsmisssionn sysstem has manyy advvantaages compparedd witth thhe trradittionaal HVVDC ssysteem. FFor eexampple, it ccan rrealiize tthe ppowerr
6、suppply to ppassiive nnetwoork, and avoiid thhe riisk oof coommuttatioon faailurre, aand oobtaiin thhe inndiviiduall conntroll of actiive ppowerr andd reaactivve poower, andd is alsoo eassy too connstruuct mmultii-terrminaal DCC sysstem.Two nonllineaar coontrool sttrateegiess forr thee VSCC-HVDDC tr
7、ransmmissiion ssysteem arre maainlyy stuudiedd in thiss papper. In tthe ffirstt strrateggy, aa nonnlineear ttranssientt matthemaaticaal moodel of VVSC-HHVDC trannsmisssionn sysstem in ssynchhronoouslyy rottatinng dqq fraame iis buuilt. To desiign tthe ccontrrolleer foor thhis nnonliinearr sysstem di
8、reectlyy, thhe appproaach oof sttate feeddbackk exaact llineaarizaationn is adoppted to cchangge thhe noonlinnear mathhematticall moddel iinto the lineear oone; thenn utiiliziing tthe vvariaable struucturre coontrool meethodd, thhe coontroollerrs foor reectiffyingg sidde annd innverssion sidee aree
9、dessigneed, tthus the consstantt volltagee at DC sside and indeependdent decooupliing ccontrrol ffor aactivve poower and reacctivee powwer ccan bbe immplemmenteed.Inn thee seccond straategyy, a nonllineaar trransiient mathhematticall moddel oof VSSC-HVVDC iin syynchrronouusly rotaatingg dq framme is
10、s devvelopped aand tthe ppassiivityy of the systtem iis allso vveriffied. In ordeer too reaalizee thee deccouplling conttrol betwween the actiive ppowerr andd reaactivve poower, a ddual clossed lloop conttrol straategyy is estaablisshed. Thee conntroll strrateggy inncluddes aan ouuter loopp, whhich
11、conttainss thee DC volttage togeetherr witth acctivee andd reaactivve poower reguulatoors uused to ggenerrate the inneer dqq-axiis reefereence currrentss id*,iq*; annd ann innner lloop, whiich cconsiists of aa passsiviity-bbasedd currrentt conntrolller thatt apppliedd to tracck thhe reefereence curr
12、rentss. Fiinallly, aa MATTLAB-baseed siimulaationn moddel iis coonstrructeed foor siimulaationn anaalysiis off thee conntrolllerss prooposeed. SSimullatioon reesultts shhow tthat the desiignedd conntrolllerss posssesss sattisfiied ttranssientt conntroll perrformmancee andd strrong robuustneess.AA no
13、nnlineear ttranssientt matthemaaticaal moodel of VVSC-HHVDC systtem iin syynchrronouusly rotaatingg dq framme iss devvelopped. In rrectiifierr sidde, tthe aapprooach of sstatee feeedbacck exxact lineearizzatioon iss adooptedd to channge tthe nnonliinearr matthemaaticaal moodel intoo thee linnear one
14、, andd thee varriablle sttructture conttrol methhod iis ussed tto deesignn conntrolllerss; inn thee invverteer siide, the feeddforwward decooupliing ccontrrol sstrattegy is aadoptted tto deesignn conntrolllerss. Att lasst, tthe MMATLAAB siimulaationn ressultss shoow thhat tthe ccontrrolleer haas exx
15、celllent starrtup and faullt reecoveery pperfoormannces, andd cann reaalizee inddepenndentt deccouplling conttrol for actiive aand rreacttive poweer.【关键词】电压源换流器 高压直流输电 状态反馈精确线性化 变结构控制 无源控制器【英文关键键词】Vooltagge Soourceed Coonverrter(VSC) HHigh Volttage Direect CCurreent(HHVDC) sstatee feeedbacck exxact
16、lineearizzatioon variiablee strructuure ccontrrol passsiviity-bbasedd conntrolller【目录】轻轻型高压直直流输电系系统的非线线性控制策策略研究 摘要要 6-7 Abbstraact 7 第一一章 绪论论 122-20 1.1 HVDCC的发展过过程和现状状 122-13 1.2 HVDCC技术的特特点和局限限性 113-144 1.33 VSCC-HVDDC的技术术特点和应应用领域 14-15 11.4 VVSC-HHVDC的的应用现状状 155-16 1.5 VSC-HVDCC的研究现现状 116-188 1.5
17、5.1 VVSC-HHVDC系系统工作原原理和数学学模型研究究 166-17 1.5.2 VSSC-HVVDC系统统的控制器器设计研究究 177 1.55.3 VVSC-HHVDC系系统的保护护和控制策策略研究 17-18 11.5.44 VSCC-HVDDC系统调调制波的生生成方法研研究 118 1.5.5 VSC-HVDCC系统在实实际领域中中的应用研研究 118 1.6 课题题的主要工工作 118-200 第二章章 VSCC-HVDDC的运行行原理和数数学模型 20-23 22.1 VVSC-HHVDC的的运行原理理和数学模模型 220-233 2.11.1 VVSC-HHVDC的的运行
18、原理理 200-21 2.1.2 VSSC-HVVDC的数数学模型 21-23 第第三章 非非线性系统统理论 23-333 3.1 多输输入多输出出非线性系系统状态反反馈精确线线性化设计计原理 23-227 3.1.1 状态反馈馈精确线性性化涉及的的几个基本本概念 23-226 3.1.2 状态反馈馈精确线性性化的条件件 266-27 3.1.3 状态态反馈精确确线性化方方法的设计计方法 27 33.2 变变结构控制制理论 27-330 3.2.1 变结构控控制的基本本问题 28-229 3.2.2 滑模变结结构控制的的设计 29-330 3.3 无源源性控制理理论 330-333 3.33.
19、1 无无源性的概概念 330-311 3.33.2 系系统的无源源性和稳定定性 331-322 3.33.3 欧欧拉-拉格格朗日系统统 322-33 第四章 基于精确确线性化变变结构的VVSC-HHVDC的的控制器设设计 333-444 4.11 VSCC-HVDDC系统控控制方式 33 4.2 选择合适适的系统输输入、输出出量 333-344 4.33 系统的的精确线性性化和变结结构控制器器设计 34-338 4.3.1 VSC-HVDCC的精确线线性化解耦耦 355-37 4.3.2 变结结构控制器器设计 37-338 4.4 VSSC-HVVDC输电电系统MAATLABB仿真 38-44
20、4 4.4.1 有功功率率反转实验验 399-40 4.4.2 无功功功率阶跃跃响应实验验 400-41 4.4.3 系统统电压阶跃跃响应实验验 411-42 4.4.4 换流流站参数摄摄动实验 42-44 第第五章 VVSC-HHVDC系系统的无源源性控制器器设计 44-553 5.1 三相相电压型PPWM换流流器结构 44-45 55.2 无无源性控制制器设计 45-47 55.2.11 VSCC-HVDDC内环参参考电流计计算 445-466 5.22.2 内内环无源控控制器设计计 466-47 5.3 仿真分析析 477-53 5.3.1 系统统启动到稳稳态实验 48-49 55.3.
21、22 有功功功率、无功功功率阶跃跃响应 49-550 5.3.3 逆变侧三三相接地短短路故障实实验 550-533 第六章章 对无源源网络供电电的VSCC-HVDDC系统控控制器设计计 533-64 6.1 向无源网网络供电的的VSC-HVDCC输电系统统结构图和和数学模型型 533-54 6.2 整流侧和和逆变侧的的控制器设设计 554-555 6.33 VSCC-HVDDC输电系系统仿真与与分析 55-663 6.3.1 启动实验验 555-58 6.3.2 有功功功率和无无功功率的的阶跃响应应 588-60 6.3.3 逆变变侧交流电电压的阶跃跃响应 60-663 本章章小结 63-664 结论论和展望 64-66 致致谢 666-677 参考文文献 667-711 攻读硕硕士学位期期间发表论论文 771