柔性多端直流输电系统直流电压控制与直流断路器研究

基于柔性直流输电技术的多端直流输电与直流电网技术是解决新能源并网与消纳的有效手段之一。但是由于目前柔性多端直流输电技术尚不成熟、直流电网技术的研究刚刚起步，控制方式与线路保护等领域都存在着各种各样的问题。为了更有效地研究与利用柔性多端直流输电技术，本文针对五端网状结构的多端直流系统，提出了基于直流电压下垂控制的分布式控制方法及其相应的潮流计算方法；同时，为了应对直流线路的短路故障，设计了一种混合式直流断路器。 论文首先阐述了电压源型换流器的基本原理与数学模型、基于单点式控制的直流电压控制器原理与设计，以及单点直流电压控制下的直流网络的潮流计算方法，并建立了相应的电磁暂态模型进行仿真研究，验证了模型与潮流计算方法的正确，同时通过仿真结果指出了单点式控制在失去电压控制端后，系统无法继续运行的缺点。 其次，针对单点式控制系统的缺点，提出了基于直流电压下垂控制的分布式控制方法，阐述了分布式控制相关原理，将下垂系数引入了直流网络潮流计算。建立了基于分布式控制的直流电网模型，对模型稳态运行、潮流变化和某一换流站退出运行等情况进行仿真，证明了分布式控制方法更适合网状结构的多端直流系统。 最后，论文针对电压源型换流器直流线路短路故障的特征，设计了一种混合式直流断路器，它结合了机械式断路器的低耗能特性和固态断路器的快速开断特性。在PSCAD/EMTDC中建立了混合式直流断路器模型，并将其应用于五端直流电网模型中；对五端系统线路故障以及断路器动作进行了仿真，结果表明所搭建的直流断路器模型能够按照设计时序启动与运作，能够在故障后几毫秒内快速切断故障线路，保护直流电网。