模块化多电平换流器故障容错控制策略研究与装置研制

发布时间：2017-12-07 13:21

  本文关键词：模块化多电平换流器故障容错控制策略研究与装置研制

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【摘要】：近年来,模块化多电平换流器(MMC)作为一种新型电压源换流器得到广泛的研究与关注,模块化多电平换流器由于采用模块化结构设计,交流输出电平数多,波形质量高,省去了大容量滤波装置,系统电压等级及容量能灵活调节,可以适应多种功率场合。MMC型轻型直流输电系统是解决我国远距离、大容量输电的重要途径,在诸如高压直流输电、孤岛供电及风电、太阳能等可再生能源并网等领域有着广阔的应用前景。但现在对MMC-HVDC的研究还处于起步阶段。本文针对子模块为半桥型的MMC-HVDC系统,主要研究内容包括：(1)详细介绍了MMC子模块工作状态,分析了MMC的运行原理,并介绍了适用于MMC的两种调制策略,即最近电平调制与载波移相调制,并给出了两种调制策略下MMC交流侧输出电压的傅里叶分析表达式,重点分析了载波移相调制策略N+1电平和2N+1电平调制的实现方法及其谐波特性。(2)建立了MMC-HVDC的数学模型,研究了基于dq旋转坐标系下系统的稳态控制策略,并对控制系统设计了内环电流控制器和外环电压控制器。MMC型直流输电系统是一个非线性系统,由桥臂小信号模型推导了桥臂环流及电容电压平均值小信号模型,并构成了电容电压平均控制双闭环控制系统。考虑实际数字控制中延时对双闭环离散系统性能的影响,从系统稳定性角度出发,并通过校验系统相位裕度,计算了PI控制器参数取值范围,也为实际实验装置控制器参数设计提供了借鉴。(3)子模块作为MMC换流器的基本单元,是维持整个MMC型直流输电系统稳定运行关键。首先分类介绍了子模块器件常见故障,并对目前已有冗余保护控制做了总结概述。然后,针对系统无冗余备用或冗余备用子模块耗尽情况,为维持系统稳定运行且能最大程度利用桥臂子模块,基于桥臂能量均衡原理提出了一种子模块对称切除、系统不对称运行的控制方法。该方法在旁路故障子模块的同时,将非故障桥臂相同数量的子模块改做该桥臂的热备用,提高了子模块利用率及系统的可靠性。PSCAD/EMTDC仿真结果验证所提出控制方法的有效性。(4)在MMC基础理论分析及控制器参数设计的基础上,研制了一台小功率的无源逆变实验样机,分别从硬件设计和软件设计两个方面给出了详细的设计过程。最后在实验样机上进行了稳态测试,实验结果验证了控制策略及控制器参数设计的正确性。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM721.1;TM46
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本文编号：1262532