具有直流故障自清除能力的MMC拓扑和可靠性分析方法

发布时间：2017-06-24 04:11

  本文关键词：具有直流故障自清除能力的MMC拓扑和可靠性分析方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：模块化多电平换流器型高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current, MMC-HVDC)以其独特的技术优势得到了学术界和工程界的广泛关注,具有广阔的发展前景。论文从模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的结构入手,在对比分析了MMC不同子模块拓扑工作原理的基础上,提出了直流故障阻断能力指标,用以定量评估MMC的直流故障清除能力。提出了一种MMC子模块拓扑搜索方法,并且通过搜索得到了一种单箝位子模块拓扑结构。详细分析了单箝位子模块块拓扑结构的工作原理,并对采用此种子模块结构的MMC系统进行了理论分析和仿真验证。综合考虑换流器的可靠性和经济性,提出了混合MMC中子模块数目配置方法。首先,分析研究了MMC三种常见子模块,即半桥子模块(Half Bridge Sub-module, HBSM)、全桥子模块(Full Bridge Sub-module, FBSM)和双箝位型子模块(Clamp Double Sub-module, CDSM)的工作模式。为了精确评估采用不同子模块结构MMC切断直流故障电流的能力,提出了直流故障阻断能力指标(DC Fault Blocking Capability Index, DFBCI)。其次,在对比分析HBSM、FBSM和CDSM结构特点的基础上,从换流器闭锁后子模块中的电流通路出发,提出了一种MMC子模块拓扑搜索方法。通过搜索可以得到一种新型子模块拓扑结构,即单箝位子模块(Clamp Single Sub-module, CSSM)。再次,分析了CSSM的工作特点及其箝位直流故障电流的机理。与FBSM相比,CSSM所需的IGBT数目减少,但仍具备与FBSM相同的直流故障电流箝位能力,从而采用CSSM的MMC (CS-MMC)可以通过闭锁实现直流故障的自清除。在PSCAD/EMTDC环境下建立了双端CS-MMC系统仿真模型,仿真结果验证了CSSM箝位直流故障电流的有效性。最后,针对混合MMC的结构特点,分析了稳态情况下混合MMC中不同类型子模块拓扑的数目配置比例。结合工程实际,综合考虑可靠性和经济性,提出了混合MMC的最优子模块冗余配置方法。在MATLAB中编写程序计算,计算结果验证了所提出方法的可行性。
【关键词】：模块化多电平换流器 子模块拓扑 直流故障 单箝位子模块 可靠性分析 冗余配置
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-13
• 1.1.1 柔性直流输电概述9-10
• 1.1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2 课题研究目的和意义13
• 1.3 本文工作及内容安排13-15
• 第2章 MMC子模块拓扑及直流故障清除能力评价方法15-25
• 2.1 引言15
• 2.2 MMC子模块拓扑15-21
• 2.2.1 MMC拓扑结构15-16
• 2.2.2 MMC子模块拓扑结构16-21
• 2.3 MMC直流故障清除能力评价方法21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 具备直流故障清除能力的MMC新型子模块拓扑搜索方法25-31
• 3.1 引言25
• 3.2 MMC子模块拓扑特点25-26
• 3.3 子模块拓扑搜索方法26-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 基于单箝位子模块的MMC-HVDC特性分析31-37
• 4.1 引言31
• 4.2 单箝位子模块拓扑结构及特点31-33
• 4.3 直流故障电流箝位机理33-34
• 4.4 仿真验证34-36
• 4.5 本章小结36-37
• 第5章 混合MMC可靠性分析和模块冗余配置方法37-52
• 5.1 引言37
• 5.2 混合MMC的结构37-39
• 5.3 混合MMC的子模块数目配置方法39-51
• 5.3.1 混合MMC的初始子模块数目配置39-41
• 5.3.2 混合MMC的可靠性分析41-43
• 5.3.3 冗余子模块中IGBT的有效利用率43
• 5.3.4 混合MMC最优子模块冗余数目配置方法43-46
• 5.3.5 算例验证46-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第6章 结论与展望52-54
• 6.1 本文主要结论52
• 6.2 后续工作展望52-54
• 参考文献54-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果60-61
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作61-62
• 致谢62

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本文编号：477103