1. 研究目的与意义（文献综述）

(1)研究背景
输电技术的发展经历了从直流到交流，再到交直流共存的技术演变。随着电力电子技术的进步，柔性直流输电作为新一代直流输电技术，可使当前交直流输电技术而临的诸多问题迎刃而解，为输电方式变革和构建未来电网提供了崭新的解决方案。基于电压源型换流器的高压直流输电概念最早是由加拿大McUill大学Boon-Teck等学者于1990年提出。通过控制电压源换流器中全控型电力电子器件的开通和关断，改变输出电压的相角和幅值，可实现对交流侧有功功率和无功功率的控制，达到功率输送和稳定电网等目的，从而有效地克服了此前输电技术存在的一些固有缺陷。该技术发展至今已经逐步走向成熟，尤其是在欧美地区，已经建成了数十条不同技术路线的柔性直流输电工程，积累了大量的工程经验。而在我国，该技术多年来一直处于理论研究阶段，最近几年才刚刚开始大量兴建示范工程。基于国内外已投运的柔性直流输电工程分析，将柔性直流输电技术的主要应用归纳为以下领域：交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等。
柔性直流输电简单分为两类：两端柔性直流输电（VSC-HVDC）系统和多端柔性直流输电（VSC-MTDC）系统。相比于传统HVDC，VSC-HVDC一个重要的特点是可以同时控制传输的有功功率和无功功率，即VSC系统的功率传输可以在四象限内运行。实现了对VSC传输功率的独立控制后，再实现直流输电中的各项控制就变的非常容易。
目前，柔性直流输电控制方式有两种:基于功率器件串联的两三电平技术和基于功率模块串联的模块化多电平( modular multi-level converter, MMC)技术。相比较而言，MMC比前者大幅降低了功率器件的开关频率，提高了换流站效率；且输出电压波形品质好，降低了对滤波器的要求等，因此得到重点关注。我们可以根据要完成的功能和控制目标，分为4层控制策略:换流站级控制、换流器级控制、阀级控制和子模块级控制。其中，换流站级控制主要从调度要求和直流系统稳定运行角度确定系统的整体控制策略与换流站的控制目标，换流器级控制实现有功功率、无功功率、交流电压、直流电压、频率等控制目标。
（2）国内外研究现状
VSC-HVDC系统稳态控制策略研究不够深入，稳态时有功无功控制是其基本控制策略。在这方面的研究中，很多文献都证明VSC-HVDC系统能够实现有功和无功的独立控制，但目前未见其实际应用于工程。国内VSC-HVDC技术研究比较晚，目前仍属于起步阶段。就拿控制系统来说，VSC-HVDC系统，主要有以下3种基本的控制方式:
a)定直流电压控制;
b)定直流电流控制;
c)定交流电压控制。
其中，方式a）定直流电压控制是最基本的控制方式，其核心是遵循李雅普诺夫能量函数的控制策略。而且其重要组成模块化多电平变换器（MMC）的研究得到快速发展，正向可控性、灵活性、经济型迈进。
然而，当直流输电系统一端VSC发生故障退出后，VSC-HVDC将处于瘫痪状态，可靠性差。
对于VSC-MTDC，其运行灵活性、可靠性等方面比两端系统(VSC-HVDC)更具有技术优势，更能保证送端的可靠输出以及受端的可靠供电。但多端柔性直流输电需要考虑多个换流站控制系统间的配合问题，因此控制系统更加复杂。目前，VSC-MTDC仍处于理论研究和模拟实验阶段，其控制策略主要有以下几种：
a)主从式控制方式：即多端系统所有与有源交流系统联接的换流器中，有且仅有一个换流器控制直流电压，而其它换流器都运行于直流电流或直流功率控制方式。
b)下垂控制：即电压型下垂控制在VSC-MTDC中的应用主要是采取保持各个端口直流侧输出电压为定值，同时需要利用有功功率与之配合。这种方式相当复杂，后面慢慢展开。
c)电压裕度控制：在VSC-MTDC系统中，如果输电距离远，主控制器对下层的控制达不到快速、准确、实时这些要求时，设定系统中每个变换器直流侧输出的电压在参考值范围内运行，通过保证每个端口的状态稳定来保证系统的整体稳定性。
各类控制系统的研究并非一帆风顺，还需积极探讨。

2. 研究的基本内容与方案

一、研究内容
1. 学习两端柔性直流输电（VSC-HVDC）原理与特点；
2. 学习多段柔性直流输电（VSC-MTDC）基本原理及特点；
3. 两端系统VSC-HVDC的研究及其控制器的设计；
4. 两端系统VSC-HVDC的Matlab仿真与暂态特性分析；
5. 多端系统VSC-MTDC控制系统的研究与分析；
6. 新能源发电与柔性直流输电并网相关问题探讨。
二、技术方案
柔性直流输电的控制系统的研究设计分为两大类：两端系统VSC-HVDC的控制器研究设计和多端系统VSC-MTDC的控制器研究设计，两者的共同之处是电压源换流器VSC。
对于两端系统VSC-HVDC，其送段与受端换流器均采用VSC，两个换流器结构相同，但功能相反。靠近发电厂一侧的VSC换流器负责整流，靠近用户侧的VSC换流器负责逆变，中间为高压直流输电线。PWM通过在两固定的直流电压间快速切换来产生交流电压，并通过交流低通滤波器从高频脉冲调制电压中得到期望的基波电压。经PWM逆变的交流电压可随控制系统的变化而变化。这样就可省略传统HVDC中的换流变压器。
VSC-HVDC的直流线路电压和有功功率的平衡是密切相关的，当实现对VSC传输功率的独立控制后，整个输电系统的稳定性也可以得到提高。因此，有必要对VSC传输功率的独立控制进行分析。
VSC一般分为两电平结构和三电平结构两类。其中，两电平VSC由2个电容、6个IGBT和6个二极管组成，采用PWM调制技术控制，用过一系列脉冲宽度调制。这种拓扑结构简单而且易控制。三电平VSC是多电平VSC众多类型之一，最多的三电平VSC是二极管钳位型拓扑结构。
基于以上几点，两端VSC-HVDC控制器的设计方法有：基于功率电流双环控制方法的有功无功独立控制系统、基于李雅普诺夫能量函数的控制策略、基于逆系统方法的控制策略。前两个方法都是在dq坐标变换系下进行的，逆系统方法则是依靠三角函数解耦，很好地克服VSC非线性与耦合作用的影响。
对于多端系统VSC-MTDC，其对同步性的要求很高，这就需要锁相控制技术，它在电力系统中主要应用就是利用锁相环倍频技术来控制采样的定时和速率。锁相环是频率无差调节系统，能实现对输入信号的频率进行自动跟踪，从根本上消除了因采样不同步造成的误差，在电力系统信号采集方面应用十分广泛。
因此，多端系统VSC-MTDC控制系统有主从控制方式、电压下降方式等，相对于两端系统比较复杂。选择一种控制方式并研究出更加科学合理的控制装置后，仿真分析其暂态特性。
最后，完成毕业论文的撰写和完善。

3. 研究计划与安排

第1~3周 查阅文献；分析题目研究现状，学习基本理论；
第4周 阅读文献、撰写开题报告，英文文献翻译；
第5周 学习了解柔性直流输电工作原理，确定实施方案；
第6~7周 学习电压源变换器（VSC）工作原理等相关知识；
第8周 学习掌握VSC-HVDC工作原理及相关知识；
第9周 进行两端系统VSC-HVDC控制器的研究与设计；
第10周 学习掌握VSC-MTDC工作原理及相关知识；
第11周 进行多端系统VSC-MTDC控制器的研究与设计；
第12周 学习Matlab等仿真软件，掌握仿真方法与技巧；
第13周 进行两个系统的仿真，并分析研究其暂态特性；
第14周 撰写毕业论文、完成初稿；
第15周 整理、完善论文；
第16周 论文打印、装订、准备答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

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