1、 電壓源換流器論文：輕型高壓直流輸電系統的非線性控制策略研究【中文摘要】隨著可關斷電力電子器件(Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT; Gate-Turn Off Thyrisitor, GTO等)和PWM技術的發展,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)系統越來越受到人們的關注。與傳統的HVDC輸電系統相比,該輸電技術具有可向無源網絡供電、無換相失敗危險、有功功率和無功功率獨立控制和易于構成多端直流輸電系統等優點。本文著重研究

2、VSC-HVDC輸電系統的非線性控制策略。第一種方法,建立起雙端無窮大VSC-HVDC輸電系統在同步旋轉dq坐標系下的暫態非線性數學模型,采用狀態反饋精確線性化的方法,把非線性的數學模型轉化成線性的形式。然后,運用變結構的控制方法,設計整流側和逆變側的控制器,從而實現直流側電壓恒定和有功、無功功率的獨立解耦控制；第二種采用無源性理論的方法,建立VSC在同步旋轉dq坐標系下的暫態非線性數學模型,驗證了系統的無源性。外環采用定直流側電壓和定有功功率、無功功率來生成內環dq軸參考電流id*,iq*；內環采用無源性理論的控制方法,設計無源性控制器,用來追蹤參考電流,以達到控制直流側電壓和獨立調節有功和

3、無功功率的。最后,基于MATLAB的仿真結果表明了該控制器能實現有功功率和無功獨立控制,在負載擾動的情況下,具有良好的暫態控制性能和很強的魯棒性。本文還建立了對無源網絡供電的VSC-HVDC輸電系統的數學模型,整流側采用狀態反饋精確線性化的方法對非線性數學模型進行解耦,然后用變結構的控制方法設計控制器；逆變側利用穩態數學模型,利用前饋解耦的控制方法設計控制器。最后,基于MATLAB的仿真結果表明該控制器具有良好的啟動和故障恢復性能,也能實現有功功率和無功獨立控制。【英文摘要】With 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.【關鍵詞詞】電壓壓源換流流器

13、高高壓直流流輸電 狀態反反饋精確確線性化化 變結結構控制制 無源源控制器器【英文關關鍵詞】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的的發展過過程和現現狀 12-13 1.2 HHVDCC技術的的特點和和局限性性 113-114 1.33 VSSC-HHVDCC的技術術特點和和應用領領域 14-15 1.4 VVSC-HVDDC的應應用現狀狀 115-116 1.55 VSSC-HHVDCC的研究究現狀 166-188 11.5.1 VVSC-HVDDC系統統工作原原理和數數學模型型研究 166-177 11.5.2 VVSC-HVDDC系統統的控制制器設計計研究 177 11.5.3 VVSC-HVDDC系統統的保護護和控制制策略研研究 17-18 1.5.44 VS

15、SC-HHVDCC系統調調制波的的生成方方法研究究 118 1.55.5 VSCC-HVVDC系系統在實實際領域域中的應應用研究究 118 1.66 課題題的主要要工作 188-200 第第二章 VSCC-HVVDC的的運行原原理和數數學模型型 220-223 2.11 VSSC-HHVDCC的運行行原理和和數學模模型 20-23 2.1.11 VSSC-HHVDCC的運行行原理 200-211 22.1.2 VVSC-HVDDC的數數學模型型 221-223 第三章章 非線線性系統統理論 233-333 33.1 多輸入入多輸出出非線性性系統狀狀態反饋饋精確線線性化設設計原理理 223-22

16、7 3.11.1 狀態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 狀態反反饋精確確線性化化的條件件 226-227 3.11.3 狀態反反饋精確確線性化化方法的的設計方方法 27 3.2 變變結構控控制理論論 227-330 3.22.1 變結構構控制的的基本問問題 28-29 3.2.22 滑模模變結構構控制的的設計 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 系統統的無源源性和穩穩定性 311-322 33.3.3 歐歐拉-拉拉格朗日日系統 322-333 第第四章 基于精精確線性性化變

17、結結構的VVSC-HVDDC的控控制器設設計 33-44 4.1 VVSC-HVDDC系統統控制方方式 33 4.2 選選擇合適適的系統統輸入、輸出量量 333-334 4.33 系統統的精確確線性化化和變結結構控制制器設計計 334-338 4.33.1 VSCC-HVVDC的的精確線線性化解解耦 35-37 4.3.22 變結結構控制制器設計計 337-338 4.44 VSSC-HHVDCC輸電系系統MAATLAAB仿真真 338-444 4.44.1 有功功功率反轉轉實驗 399-400 44.4.2 無無功功率率階躍響響應實驗驗 440-441 4.44.3 系統電電壓階躍躍響應實實

18、驗 41-42 4.4.44 換流流站參數數攝動實實驗 42-44 第五五章 VVSC-HVDDC系統統的無源源性控制制器設計計 444-553 5.11 三相相電壓型型PWMM換流器器結構 444-455 55.2 無源性性控制器器設計 455-477 55.2.1 VVSC-HVDDC內環環參考電電流計算算 445-446 5.22.2 內環無無源控制制器設計計 446-447 5.33 仿真真分析 477-533 55.3.1 系系統啟動動到穩態態實驗 488-499 55.3.2 有有功功率率、無功功功率階階躍響應應 449-550 5.33.3 逆變側側三相接接地短路路故障實實驗 50-53 第六六章 對對無源網網絡供電電的VSSC-HHVDCC系統控控制器設設計