基于PWM电流源型换流器的柔性直流电网控制和保护方法研究
发布时间：2021-08-04 05:53
随着能源系统的迅速发展,高压直流输电在远距离、大容量方面的优势逐渐显现出来。柔性直流输电由于具有无换相失败、控制方式灵活、无需无功补偿、便于构建多端直流电网等方面的优势,受到了世界各国的广泛关注,成为当前远距离输电的首选。然而,现如今的柔性直流电网,如基于两电平、三电平电压源型换流器和MMC型换流器的柔性直流电网,面临的最大的挑战是如何有效的经济性的处理直流故障。目前通常采用的解决方案是应用直流断路器实现直流故障的清除,这样也对直流断路器的开断能力提出了很高的要求,使得直流断路器成本增加且控制复杂。因此,为探索一种可行的直流故障解决方案,本文提出了一种基于PWM电流源型换流器的柔性直流电网拓扑结构,可以实现直流故障电流的有效抑制,降低对直流断路器的要求。本文首先分析了 PWM电流源型换流器改进拓扑结构H7-CSC及其工作原理和调制方法,该拓扑结构可以实现后级换流桥的零电流开关,有效降低电流源型换流器的损耗。进一步地,本文提出一种具有简单的直流故障穿越能力的基于PWM电流源型换流器的柔性直流电网拓扑结构,直流侧采用LCL滤波器,子模块采用H7-CSC拓扑结构,开关器件为双向功率开关器件,...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＭＭＣ闭锁之后直流故障电流流向??如图１－１和图１－２所示，当直流侧发生直流故障后，即使换流器内部绝缘栅??双极型晶体管（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－Ｇａｔｅ?Ｂｉｐｏｌａｒ?Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）或者金属－氧化物场效晶体??管（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ?Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，?ＭＯＳＦＥＴ?）等电力电子开关??
?山东大学硕士学位论文???流电网组网技术提供另一种可行性。??１．２国内外发展与研究现状??１．２．１?ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构研究现状??ＰＷＭ电流源型换流器早在上世纪八九十年代就己经提出［３８＿３９］，传统ＰＷＭ??电流源型换流器（ＰＷＭ－ＣＳＣ）拓扑结构图如图１－３所示传统ＰＷＭ电流源??型换流器三相全桥结构中二极管与开关器件串联，前级为直流储能电感Ｚｄｅ与直??流电网相连，后级经过交流滤波器与交流电网相连，交流滤波器可以滤除电力电??子开关产生的高次谐波，通常选择电感电容ＬＣ二阶低通滤波器或者单电容Ｃ滤??波器。??ｆｄｃ?????［ｄｃ??Ｄｉ?Ｄ５－￣?????（＾ｊ?ＤＣ：?ｂ?滤波器??ｖ－ｙ?和电网??ａ???ｄ４－－?Ｄ６－－?Ｄ：－－??ｓｕ｜４?＾??图１－３传统三相ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构??与电压源型换流器储能元件为电容不同，传统电：＾源型换流器储能元件为电??感，其储能效率更低、成本更高、体积更大。但是随着近年来低温超导技术逐渐??成熟，电感的体积和性能有更进一步的改进，使得ＰＷＭ电流源型换流器应用于??直流电网成为可能。然而，ＰＷＭ电流源型换流器换流过程开断整个直流电??流，从而损耗较大，效率较低，成为限制ＰＷＭ电流源型换流器发展应用的重要??因素之一，因此，如何降低ＰＷＭ电流源型换流器的损耗到可接受的水平是其能??否应用到直流电网的关键。为此，国内外学者改进ＰＷＭ电流源型换流器的拓扑??结构或者调制方法来提高电流源型换流器的整体性能，使其适用于柔性直流电网??技术。??６??
山东大学硕士学位论文??第二章基于ＰＷＭ电流源型换流器的柔性直流电网及其控制策??略??２．１?Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构及调制策略??２．１＿１?Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构??在绝大多数的应用场合下，电力电子变换器的运行效率是现代电气系统的重??要参考指标，也是限制传统ＰＷＭ电流源型换流器的应用和发展的重要因素之一。??随着宽禁带半导体技术的成熟与发展，宽禁带器件的低导通损耗、高开关速度和??高耐压的工作特性可以改善ＰＷＭ电流源型换流器的性能，宽禁带器件中碳化硅??（ＳＣ）器件的应用最为成熟，因此，有关基于全ＳＵ：器件和基于＆Ｃ器件与＆??器件混合的ＰＷＭ电流源型换流器改进拓扑结构的研究成为热点，而其中的混合??型Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构可以大大提高换流器的工作效率，又兼顾经济性，成为改进??型ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构的主要代表。??与传统ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构不同，Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构如图２－１所??示［６２】，其拓扑结构保留了传统的ＰＷＭ电流源型换流器中的６个ＩＧＢＴ开关，在??直流侧加入了?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ作为并联开关的第７个功率开关器件。碳化硅和硅??器件混合型的Ｈ７－ＣＳＣ既避免了因全ＳｉＣ器件造成的成本高的问题，又可以大大??降低ＰＷＭ电流源型换流器的损耗。??尺ｄｃ???ｎ，？??ｓ，?１?＾??（＾ｄｃ?＾－＾３?ｈ?ｒ?顏器??，???和１ｔｉｎ??＂????＇?Ｏｊ?－－?Ｉ）６－－?Ｄ；－－??图２－１?Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构??其中，为ＰＷＭ电流源型换流器直流侧电感；Ｄｔ－Ｄ６为每个半桥臂上串联??１１??
本文编号：3321133
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＭＭＣ闭锁之后直流故障电流流向??如图１－１和图１－２所示，当直流侧发生直流故障后，即使换流器内部绝缘栅??双极型晶体管（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－Ｇａｔｅ?Ｂｉｐｏｌａｒ?Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）或者金属－氧化物场效晶体??管（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ?Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，?ＭＯＳＦＥＴ?）等电力电子开关??
?山东大学硕士学位论文???流电网组网技术提供另一种可行性。??１．２国内外发展与研究现状??１．２．１?ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构研究现状??ＰＷＭ电流源型换流器早在上世纪八九十年代就己经提出［３８＿３９］，传统ＰＷＭ??电流源型换流器（ＰＷＭ－ＣＳＣ）拓扑结构图如图１－３所示传统ＰＷＭ电流源??型换流器三相全桥结构中二极管与开关器件串联，前级为直流储能电感Ｚｄｅ与直??流电网相连，后级经过交流滤波器与交流电网相连，交流滤波器可以滤除电力电??子开关产生的高次谐波，通常选择电感电容ＬＣ二阶低通滤波器或者单电容Ｃ滤??波器。??ｆｄｃ?????［ｄｃ??Ｄｉ?Ｄ５－￣?????（＾ｊ?ＤＣ：?ｂ?滤波器??ｖ－ｙ?和电网??ａ???ｄ４－－?Ｄ６－－?Ｄ：－－??ｓｕ｜４?＾??图１－３传统三相ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构??与电压源型换流器储能元件为电容不同，传统电：＾源型换流器储能元件为电??感，其储能效率更低、成本更高、体积更大。但是随着近年来低温超导技术逐渐??成熟，电感的体积和性能有更进一步的改进，使得ＰＷＭ电流源型换流器应用于??直流电网成为可能。然而，ＰＷＭ电流源型换流器换流过程开断整个直流电??流，从而损耗较大，效率较低，成为限制ＰＷＭ电流源型换流器发展应用的重要??因素之一，因此，如何降低ＰＷＭ电流源型换流器的损耗到可接受的水平是其能??否应用到直流电网的关键。为此，国内外学者改进ＰＷＭ电流源型换流器的拓扑??结构或者调制方法来提高电流源型换流器的整体性能，使其适用于柔性直流电网??技术。??６??
山东大学硕士学位论文??第二章基于ＰＷＭ电流源型换流器的柔性直流电网及其控制策??略??２．１?Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构及调制策略??２．１＿１?Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构??在绝大多数的应用场合下，电力电子变换器的运行效率是现代电气系统的重??要参考指标，也是限制传统ＰＷＭ电流源型换流器的应用和发展的重要因素之一。??随着宽禁带半导体技术的成熟与发展，宽禁带器件的低导通损耗、高开关速度和??高耐压的工作特性可以改善ＰＷＭ电流源型换流器的性能，宽禁带器件中碳化硅??（ＳＣ）器件的应用最为成熟，因此，有关基于全ＳＵ：器件和基于＆Ｃ器件与＆??器件混合的ＰＷＭ电流源型换流器改进拓扑结构的研究成为热点，而其中的混合??型Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构可以大大提高换流器的工作效率，又兼顾经济性，成为改进??型ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构的主要代表。??与传统ＰＷＭ电流源型换流器拓扑结构不同，Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构如图２－１所??示［６２】，其拓扑结构保留了传统的ＰＷＭ电流源型换流器中的６个ＩＧＢＴ开关，在??直流侧加入了?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ作为并联开关的第７个功率开关器件。碳化硅和硅??器件混合型的Ｈ７－ＣＳＣ既避免了因全ＳｉＣ器件造成的成本高的问题，又可以大大??降低ＰＷＭ电流源型换流器的损耗。??尺ｄｃ???ｎ，？??ｓ，?１?＾??（＾ｄｃ?＾－＾３?ｈ?ｒ?顏器??，???和１ｔｉｎ??＂????＇?Ｏｊ?－－?Ｉ）６－－?Ｄ；－－??图２－１?Ｈ７－ＣＳＣ拓扑结构??其中，为ＰＷＭ电流源型换流器直流侧电感；Ｄｔ－Ｄ６为每个半桥臂上串联??１１??
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