基于MMC的多端直流输电系统仿真研究

发布时间：2017-03-20 08:11

  本文关键词：基于MMC的多端直流输电系统仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：柔性直流输电技术在我国的工程化应用,对于提高我国电网安全稳定水平,建立经济、环保、高效、先进的智能输配电系统具有重要意义。基于模块化多电平变流器的多端直流输电系统(Multi-Terminal Direct Current based on Modular Multilevel Converter, MMC-MTDC)同时具备了MMC高电压、大容量的技术优势和MTDC系统灵活性、可靠性和经济性的运行特点,因此,基于MMC的柔性直流输电已成为直流输电领域的研究热点之一。本文主要针对基于MMC的多端直流输电系统的协调控制策略以及上层控制进行了研究,并通过实时仿真和实验平台进行了验证,主要内容包括：(1)对MMC-MTDC输电系统的换流阀级控制进行了研究。通过对MMC不同调制方式和均压控制的对比分析,考虑到电压等级和模块数等因素影响,选择出了适合柔性直流输电的载波移相调制和子模块均压控制的控制方式。详细介绍了MMC-MTDC系统数学模型的建立、控制系统以及控制器设计等问题,重点分析了单台MMC换流站的控制方法和控制目标。(2)对MMC-MTDC输电系统的换流站级控制进行了研究。详细对比分析了MMC-MTDC输电系统的三种协调控制策略——主从控制、直流电压裕度控制、直流电压斜率控制的优缺点及适用场合。(3)针对直流电压斜率控制存在的问题,提出了两种改进控制策略——下垂曲线平移控制和下垂曲线斜率控制,在此基础上,提出了将两种改进控制相结合的新型直流电压斜率控制,该控制策略不仅可以消除系统静态偏差,而且可以提高系统动态响应,避免过电压的发生。对MMC-MTDC系统新型直流电压斜率控制进行了稳定性分析,通过数学推导、根轨迹绘制得到了控制参数对系统稳定性的影响及控制参数的选择范围。(4)对MMC-MTDC输电系统的系统级控制进行了研究。介绍了MMC-MTDC输电系统通用上层控制,详细分析了MMC-MTDC系统采用不同本地控制时上层控制器的的设计。针对城市配电网存在的问题,提出了一种以城市配电网为背景的多端系统上层控制策略,并通过算例分析进行了验证。(5)在RT-LAB实时仿真器中搭建了MMC-MTDC输电系统的实时仿真模型,通过实时仿真验证了文中提出的控制策略的正确性和有效性。利用MMC-MTDC输电系统实验平台,对文中提出的控制策略进行了实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性。
【关键词】：模块化多电平变换器 高压直流输电 协调控制策略 直流电压斜率控制 稳定性分析 上层控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-20
• 1.1 课题背景及研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 MMC-HVDC的研究现状13-14
• 1.2.2 VSC-MTDC系统控制策略研究现状14-16
• 1.2.3 MMC-MTDC系统稳定性分析研究现状16-17
• 1.2.4 MMC-MTDC工程应用研究现状17-18
• 1.4 本文主要工作18-20
• 2 MMC-HVDC模型及基本控制策略20-38
• 2.1 MMC的工作原理20-22
• 2.2 MMC-HVDC系统建模22-26
• 2.2.1 MMC的数学模型22-24
• 2.2.2 MMC-HVDC系统数学模型24-26
• 2.3 MMC-HVDC基本控制策略26-33
• 2.3.1 MMC-HVDC的控制系统26-28
• 2.3.2 MMC-HVDC的控制设计28-31
• 2.3.3 MMC调制方式31-33
• 2.4 MMC-HVDC系统的仿真研究33-37
• 2.4.1 MMC-HVDC仿真模型及参数33-34
• 2.4.2 仿真分析34-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 MMC-MTDC的协调控制策略38-68
• 3.1 多端站间协调控制策略38-52
• 3.1.1 主从控制38-40
• 3.1.2 直流电压裕度控制40-46
• 3.1.3 直流电压斜率控制46-52
• 3.2 新型直流电压斜率控制策略52-60
• 3.2.1 下垂曲线平移控制设计与分析52-55
• 3.2.2 下垂曲线斜率控制设计与分析55-59
• 3.2.3 新型直流电压斜率控制设计59-60
• 3.3 MMC-MTDC系统稳定性分析60-63
• 3.3.1 MMC-MTDC系统控制模型60-61
• 3.3.2 基于根轨迹的控制系统稳定性参数设计61-63
• 3.4 MMC-MTDC系统新型协调控制策略仿真分析63-67
• 3.4.1 系统功率突变扰动下仿真分析64-65
• 3.4.2 系统故障情况下的仿真分析65-67
• 3.5 本章小结67-68
• 4 MMC-MTDC系统上层控制研究68-78
• 4.1 上层控制器的通用设计68-69
• 4.2 MMC-MTDC系统上层控制69-73
• 4.2.1 适用于主从控制的MMC-MTDC系统上层控制69-72
• 4.2.2 适用于电压裕度控制和斜率控制的MMC-MTDC系统上层控制72-73
• 4.3 算例分析73-77
• 4.4 本章小结77-78
• 5 MMC-MTDC实验平台及系统实验78-90
• 5.1 实验平台介绍78-80
• 5.2 单台MMC换流站实验80-84
• 5.2.1 单台MMC定直流电压控制实验80-81
• 5.2.2 单台MMC定有功功率控制实验81-83
• 5.2.3 单台MMC定交流电压控制实验83-84
• 5.3 直流输电系统实验84-89
• 5.3.1 MMC-HVDC输电系统实验84-85
• 5.3.2 传统直流电压斜率控制实验85-86
• 5.3.3 新型直流电压斜率控制实验86-89
• 5.4 本章小结89-90
• 6 总结与展望90-92
• 6.1 总结90-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-96
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果96-100
• 学位论文数据集100

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本文编号：257463