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摘 要

电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）技术的发展属于新一代直流输电技术的推广，针对传统直流输电的问题缺陷基础上进行了改善。在PWM技术的支持下迅速发展，具有能独立控制有功、无功功率等技术优势，并在新能源发电系统联接大电网、电网非同步互联、无源系统供电、无功补偿等场所得到了实际工程的应用。本文对VSC-HVDC系统主电路拓扑结构、系统控制体系和数学模型进行研究，对主电路中相关电器元件参数的设计进行推导，并应用Matlab仿真软件搭建典型二端口VSC-HVDC的仿真模型进行仿真验证。

本文分析了VSC-HVDC中的VSC工作原理及其系统结构，研究了电压源换流器的拓扑结构。采用的变流器完成整个电网中交直交的变换。两个VSC系统分别作为整流器和逆变器进行工作，一个工作在定直流电压模式，一个工作在定有功功率模式，两个变流器的无功功率都可以进行独立调节。最后通过仿真验证了该系统。

关键词：电压源型高压直流输电、PWM变流器、双闭环系统

Abstract

High voltage direct current transmission (VSC-HVDC) technology is the application of a new generation of DC transmission technology, it improves the defects of the traditional DC transmission. The rapid development in the support of PWM technology, which can independently control the active and reactive power technology, and in the new energy power grid network, non synchronous Internet the power supply system, passive, reactive power compensation and other places have been applied in practical engineering. In this paper, the main circuit of VSC-HVDC System topology structure, control system and mathematical model to study the design of the main circuit is in electrical component parameters, simulation model and Simulation of a typical two port VSC-HVDC using MATLAB simulation software. This paper analyzes the basic principle and system structure of VSC-HVDC, the topological structure of voltage source converter, the corresponding steady-state analysis model is derived, using IGBT etc. The control device consists of inverter complete AC - DC - AC converter. Two VSC systems were used as rectifier and inverter to work, at a constant DC voltage mode, a work in the active power mode, the reactive power of two converters can be independently adjusted. Finally, the effectiveness of the system. Verified by the simulink simulation.

KEY WORDS：VSC-HVDC；PWM Converter；Double Closed system

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究意义和现状 2

1.2.1 研究意义 2

1.2.2 VSC-HVDC应用领域 2

1.2.3 研究现状 3

1.3 本文主要工作 4

第二章VSC-HVDC的基本结构以及运行原理 5

2.1 VSC-HVDC基本结构 5

2.1.1 两电平VSC基本工作原理 5

2.2 VSC系统运行方式下 6

2.3 VSC-HVDC系统的数学建模 7

2.3.1 abc三相静止坐标系下数学模型 7

2.3.2 αβ两相静止坐标系下数学模型 9

2.3.3 dq同步旋转坐标系下模型 10

2.4 系统主电路参数设计 11

2.4.1 VSC限流电抗器参数整定 11

2.4.2 VSC直流滤波电容器的参数设计 12

第三章VSC-HVDC系统控制策略研究及控制参数整定 14

3.1 VSC的基本控制方式 14

3.1.1 外环控制设计 14

3.1.2 内环控制设计 15

3.2 VSC控制系统中PI调节器控制参数设计 16

3.2.1 电流环PI参数计算 16

3.2.2 电压环PI参数设计 17

第四章 VSC-HVDC系统仿真 19

4.1 系统稳态波形分析 20

4.2控制系统参数以及主电路参数对系统性能影响的仿真分析 21

4.2.1主电路参数对系统性能影响的仿真分析 21

4.2.2 控制参数对于系统性能的影响仿真分析 23

4.3 VSC-HVDC系统暂态仿真 26

第五章 结论 28

参考文献 29

致谢 31

绪论

1.1 引言

高压直流输电系统是一种有关的技术依旧在商业应用道路中持续发展。高压直流输电系统多年来一直在进行研究和开发，并且他们是基于最初的晶闸管技术而近期是在完全控制的半导体和电压源变换器（VSC）的拓扑结构下进行。电力电子技术在现实生活中的应用越来越大主要由于科技的不断进步。高压直流输电和FACTS系统按现代电力系统支持自己的方式运行的重要技术，是一种在很多情况下，在一些国家中被完全或部分放松管制的。在未来，甚至更高的电网整合和市场驱动的发展会被期待，比如，在中东，国家，中国，印度，和南美国需要基础设施，电力增长与“孤岛”互联电网。

直流输电在当今已经不止是一个名词了，更是作为新一代高科技应用的代表，已经在全世界范围得到了广泛的认可和支持。伴随着电力电子技术的进步在当今大科技发展下的飞速进步，VSC-HVDC作为新一代直流输电技术从科技时代中脱颖而出。不仅是由于当今输电技术的发展更由于直流输电在当今人类的生产生活中应用的需求。其中有关直流输电原理的技术部分的提出最早由加拿大McGill大学的学者Boon-Teck，而这中间以电压源型变换器（VSC）作为控制和脉宽调制（PWM）等技术为基础的新一代直流输电技术中的铺垫工程，通过控制全控电力电子期间的开断，进而在输出直流侧改变系统的输出电压相角和幅值，在单个系统之间实现的对交流测有功功率和无功功率的控制，从而达到有效的功率输送和系统稳定的目的^[1]。而在二十世纪中期，第一座高压直流输电工程的投入改变了当时人民生存的现状，它是瑞典本土的骄傲。到达果特兰岛的线路，这条瑞典的骄傲的线路接近100公里。从直流输电技术的提出发展至今全世界共有70多个与HVDC输电工程，其中总体来看输送功率大于1000MW的线路总体长度大于500km^[2]。新一代直流输电技术，首先诞生自然是由于克服传统HVDC一些固有的缺陷，传统的基于电网换相整流器的高压直流输电技术（LLC-HVDC）。而传统的科技发展状况下需要大量的补偿并且可靠工作环境。由于无功功率吸收占所输送直流功率的很大一部分。对于向无源网络供电这一新世纪的技术难题，传统HVDC会由于换相问题无法顺利完成。因此新技术被广大学者研究可以拟补传统科技下许多问题的不合理，克服了传统科技脚步下的不足，可应用于许多新型领域。

自上世纪90年代后期以来，轻型高压直流输电（HVDC Light）技术，成功应用于多个领域并且在国际大电网会议（CIGRE）和美国电气与电子工程师协会中，将轻型高压直流输电技术正式命名为“VSC-HVDC”（voltage source converter based high voltage direct current），在中国该技术通常称之为柔性直流输电。这种输电技术与传统技术的根本区别在于时代发展的不同而使得控制方式不同。全可控半导体器件多半可用于高压大功率变换器，传统方式下的半控性器件采用的大多数为晶闸管，而新型方式下系统中采用的大都是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等等一系列全控型器件^[3]。这些都可以用于控制脉冲宽度调制工作并且工作频率高于线路频率。

1.2 研究意义和现状

1.2.1 研究意义

在当今科技发展下传统直流输电的不足逐渐显露出来，VSC-HVDC则克服了传统直流输电技术中的一些缺陷^[3]：

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