1. 研究目的与意义（文献综述）

1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1研究背景和意义

随着汞弧阀于20世纪50年代的发展，高压直流（hvdc）输电系统在某些情况下变得比高压交流输电更经济，高压直流输电对于大容量远距离输电更有吸引力。与交流电相比直流输电方案变得更具有竞争力的输电距离交叉点对架空线路大约是800km。当电力系统间由于系统稳定的考虑而不适合联网或者系统的额定频率不同时，高压直流还提供非同步联网（背靠背）。

2. 研究的基本内容与方案

1．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究内容与目标

柔性直流输电系统中直流电压反映了系统的有功平衡情况，所以维持系统直流电压稳定是柔性直流输电系统控制的核心问题之一。因此本课题第一步是研究柔性直流输电直流电压控制系统，完成柔性直流输电直流电压控制系统的设计。要想维持系统直流电压稳定，就必须实现柔性直流输电系统功率平衡，由于通过控制电压源换流器VSC的有功电流i_sd和无功电流i_sq可以分别控制VSC的有功功率和无功功率，因此本课题第二步是研究柔性直流输电电流控制系统。结合一、二两步，就能形成一个完整的双闭环解耦控制，可以实现电流快速准确跟踪和有功、无功独立控制。

基于电压源换流器的大容量柔性直流输电系统接入交流电网后，将会改变电网结构和稳定特性。尤其是在柔性直流输电系统输送功率较大的情况下，交流电网运行方式、潮流分布可能会发生较大变化，交直流系统各种因素将对电网安全稳定产生影响。因此，在完成上述柔性直流输电直流电压控制系统与电流控制系统之后，还必须验证所设计控制系统的有效性。故本课题第三步是设计柔性直流输电仿真系统，在Matlab/Simulink中搭建柔性直流输电控制系统模型，基于该模型研究所设计柔性直流输电控制系统的暂态稳定性。

上述研究内容可归纳如下：

1) 完成柔性直流输电直流电压控制系统的设计，此为外环；

2) 完成柔性直流输电电流控制系统的设计，此为内环(电流环)，内外环组成双闭环解耦控制；

3) 在Matlab/Simulink中搭建柔性直流输电控制系统模型，基于该模型研究所设计柔性直流输电控制系统的暂态稳定性。

2.2拟采用的技术方案及措施

2.2.1柔性直流输电系统拓扑结构

无论是柔性直流输电直流电压控制系统的设计还是柔性直流输电电流控制系统的设计，都应当是针对某一特定电力系统而言的。因此本课题在设计过程中将首先在Matlab/Simulink中搭建柔性直流输电控制系统模型，设计柔性直流输电仿真系统。由于本课题的重点在于柔性直流输电系统控制系统的设计，故本课题将采取两端柔性直流输电系统，其直流侧接线方式采用单极金属回线结构，如图1所示。

图1.单极金属回线

2.2.2柔性直流输电直流电压控制系统

柔性直流输电系统的直流电压协调控制主要有直流电压偏差法 ADDINNE.Ref.{1280298B-2999-4955-AF9F-2B2D3FB724A7}[9, 10]和直流电压斜率法，这两种控制方法都有其缺点。直流电压斜率控制不能对各换流器进行准确的功率调节，直流电压偏差控制存在后备直流电压控制换流站个数有限的缺点。因此，本课题将这两种控制方法结合起来，形成直流电压偏差斜率控制策略 ADDINNE.Ref.{1E41468F-656F-4486-84B6-4D3EA12C2E6B}[11]，其控制原理如图2所示。该控制策略继承了直流电压偏差法和直流电压斜率法的优点，又克服了它们各自的缺点。

图2.直流电压偏差斜率控制基本原理

2.2.3柔性直流输电电流控制系统

在三相坐标系下，可以得出VSC的数学模型：

Usi=Ldisidt-Risi-siUdcCdUdcdt=i=a,b,csiisi-id (1)

将三相坐标系下的数学模型变换为dq坐标系下的数学模型，其变换矩阵为：

P=23cosθcosθ-120°cosθ 120°sinθsinθ-120°sinθ 120° (2)

由此得到VSC在dq同步旋转坐标系下的数学模型：

disddtdisqdtdUdcdt=-RLω-sdL-ω-RL-sqL3sd2C3sq2C0isdisqUdc 1L0001L000-1Cusdusqid (3)

将电流方程写成如下形式：

Ldisddt=-Risd ωLisq usd-urdLdisqdt=-Risq-ωLisd usq-urq (4)

式中：urd=sdUdc;urq=sqUdc。

将式(4)写成：

urd=usd ωLisq-udurq=usq-ωLisd-uq (5)

ud=Ldisddt Risduq=Ldisqdt Risq (6)

将ud、uq视为中间变量，由式(6)可知，isd与ud、isq与uq之间为一阶惯性环节。将电流偏差作为PI调节器输入，并引入前馈补偿项和解耦补偿项，则换流器指令电压为：

urd'=KPId*-id KIId*-iddt usd ωLisqurq'=KPIq*-iq KIIq*-iqdt usq-ωLisd (7)

式中：urd'、urq'为换流器控制指令电压，urd、urd为换流器实际交流侧电压。

根据式(7)，可以得到电流环的控制框图，如图3所示 ADDINNE.Ref.{427091FE-04A6-4FD5-96F4-E3E58D911425}[12, 13]。基于该控制方法，可以实现有功、无功功率的独立解耦控制。

图3.电流内环控制原理

2.2.4暂态稳定性分析

电力系统的暂态稳定性是指系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能力。大干扰一般指的是短路、切除输电线路或发电机组、投入或切除大容量的负荷等。其中短路故障的干扰最严重，常作为检验系统是否具有暂态稳定性的条件。因此，本课题将在Matlab仿真中对所设计的柔性直流输电控制系统分别施以单相短路、两相短路和三相短路故障，以此来检验所设计的柔性直流输电控制系统的暂态稳定性 ADDINNE.Ref.{030847F9-63E7-4EA3-838A-83D8886633AA}[14, 15]。

3. 研究计划与安排