模块化多电平换流器机电暂态模型研究及应用

发布时间：2019-02-20 21:37

【摘要】：随着经济的发展,社会对远距离大容量输电和新能源发电并网的需求越来越多,交流输电在不断提高电压等级和输送容量的发展过程中显现出一些缺陷,基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current, MMC-HVDC)具有开关频率低,损耗小,便于实现高压大容量输送,控制灵活,可靠性高,谐波含量小等优点,具有广阔的应用前景,近年来成为研究热点。随着电平数的升高,MMC的子模块数急剧上升,其电磁暂态仿真模型包含大量开关器件,导致仿真速度非常缓慢,不利于潮流计算和系统稳定性分析,阻碍了MMC-HVDC的研究和应用。因此,需要建立MMC机电暂态模型,对其进行快速的仿真计算。本文首先研究了MMC及其子模块的通用拓扑及运行原理和数学模型。建立基于dq旋转坐标系的外环电压控制器和内环电流控制器,可以实现有功无功的解耦控制。研究了最近电平逼近调制和电容电压排序控制,对MMC进行调制和均压控制。推导了基于两倍频负序dq旋转坐标变换的环流抑制控制器,用以消除相间二次环流。然后,本文建立了MMC交流侧、直流侧、控制和调制环节的机电暂态模型,并考虑了MMC-MTDC的简化机电暂态模型。在Matlab中建立MMC简化机电暂态模型,与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态模型进行稳态输出功率和暂态运行情况下的波形对比,从而验证所提MMC机电暂态模型的正确性。并且通过仿真时间的对比,证明了机电暂态模型大大提高了仿真效率,适用于大规模MMC-MTDC系统仿真。最后,本文建立了MMC动态相量模型,并利用Matlab编程实现。此外本文还研究了MMC动态相量模型在内部环流分析中的应用。在Matlab中建立MMC动态相量模型和用以计算交直流侧电压电流各次谐波的通用矩阵,计算交直流侧变量各次谐波,同时与PSCAD/EMTDC中搭建的模型进行对比,验证动态相量模型及环流谐波分析策略的可靠性。
[Abstract]:With the development of economy, there is more and more demand for long-distance large capacity transmission and new energy power generation. Ac transmission has some defects in the process of increasing voltage level and transmission capacity. High voltage direct current transmission technology (Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current, MMC-HVDC) based on modularized multilevel converter has the advantages of low switching frequency, low loss, easy to realize high voltage and large capacity transmission, flexible control, high reliability, low harmonic content, etc. It has a broad application prospect and has become a research hotspot in recent years. With the increase of the level number, the number of sub-modules of MMC increases sharply. The electromagnetic transient simulation model contains a large number of switching devices, which results in a very slow simulation speed, which is not conducive to power flow calculation and system stability analysis. It hinders the research and application of MMC-HVDC. Therefore, it is necessary to establish the electromechanical transient model of MMC and carry on the fast simulation calculation. In this paper, the general topology, operation principle and mathematical model of MMC and its sub-modules are studied. An outer loop voltage controller and an inner loop current controller based on dq rotating coordinate system are established to realize decoupling control of active and reactive power. The nearest level approach modulation and capacitor voltage sort control are studied, and the modulation and voltage equalization control of MMC are studied. A loop suppression controller based on the double frequency negative sequence dq rotation coordinate transformation is derived to eliminate the secondary circulation between phases. Then, the electromechanical transient model of MMC AC side, DC side, control and modulation link is established, and the simplified electromechanical transient model of MMC-MTDC is considered. The simplified electromechanical transient model of MMC is established in Matlab, and compared with the electromagnetic transient model in PSCAD/EMTDC, the steady output power and the waveform under transient operation are compared to verify the correctness of the proposed MMC electromechanical transient model. Through the comparison of simulation time, it is proved that the electromechanical transient model greatly improves the efficiency of simulation and is suitable for large-scale MMC-MTDC system simulation. Finally, the MMC dynamic phasor model is established and realized by Matlab programming. In addition, the application of MMC dynamic phasor model in internal circulation analysis is also studied. The dynamic phasor model of MMC and the general matrix used to calculate the harmonics of voltage and current on the AC / DC side are established in Matlab, and the harmonics of the AC / DC side variables are calculated. At the same time, the model is compared with the model in PSCAD/EMTDC. Verify the reliability of dynamic phasor model and circulation harmonic analysis strategy.
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【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：2427306