高压大容量MMC-HVDC先进阀基控制策略研究

发布时间：2017-08-27 03:10

  本文关键词：高压大容量MMC-HVDC先进阀基控制策略研究

  更多相关文章： 模块化多电平换流器(MMC) 启动控制策略 电容电压平衡 混合排序算法 平均开关频率 阀基主动均压控制策略

【摘要】：随着电力电子技术的快速发展,多电平换流器在高压大容量领域的应用受到了越来越多的关注。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)作为新一代柔性直流输电技术的核心设备,在清洁能源传输、电力系统互联、海上钻井平台供电、大城市供电以及海上孤岛供电等场合具有广阔的应用前景。近年来,包括换流器启动控制策略、子模块电容电压均衡控制策略以及降低子模块IGBT平均开关频率等阀基控制等方面已有大量文献进行了研究,本文在总结前人研究成果的基础上,针对以上几个方面进行了更深入的研究。(1)论文介绍了MMC的主电路及子模块拓扑、基本的调制方式以及控制策略。基于半桥子模块(Half-bridge Sub-module, HBSM)的HBMMC和全桥子模块FBMMC (Full-bridge Sub-module, FBSM)拓扑结构的不同,提出了一种针对FBMMC-HVDC的新型三段式启动控制策略,将不控充电过程分为两个阶段对子模块进行预充电,理论推导证明了通过全桥换流器闭锁不控充电阶段的子模块电容电压仅为半桥不控充电阶段后子模块电容电压大小的一半。从桥臂电流最大值方面提出了交流侧限流电阻的计算方法。在PSCAD/EMTDC中搭建电磁暂态仿真模型,仿真验证了所提启动控制策略的可行性与有效性。(2)提出了一种采用质因子分解法与希尔排序算法的混合排序算法。推导了适用于MMC-HVDC系统的希尔排序步长的时间复杂度,给出了基于混合排序算法的排序次数计算公式,分析了分组层数对降低系统频率的影响,得到了分组层数与混合排序算法优化效率成反比例关系的结论。仿真结果表明混合排序算法能实现电容电压的动态平衡,并对模型的仿真速度有较大的提高。(3)提出了一种MMC阀基主动控制策略。首先,提出了一种改进的电容均压排序算法并推导得到了其子模块电容电压纹波幅值与IGBT平均开关频率呈反比例的数学关系,为设计基于PI控制器的主动均压策略提供了输出阈值的设计准则；其次,设计了一种在线测量IGBT平均开关频率的模块,可以实现开关频率的划窗式动态测量,设计了定量控制IGBT平均开关频率的闭环控制器。最后搭建仿真模型,分别针对稳态、潮流翻转以及严重交直流故障情况验证了所提出的MMC阀基主动均压控制策略鲁棒性和工程适用性。
【关键词】：模块化多电平换流器(MMC) 启动控制策略 电容电压平衡 混合排序算法 平均开关频率 阀基主动均压控制策略
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究意义10-14
• 1.1.1 柔性直流输电发展概况10-13
• 1.1.2 本课题的研究意义13-14
• 1.2 课题国内外研究现状14-16
• 1.3 课题的主要研究内容和主要工作16-18
• 第2章 模块化多电平换流器基本工作原理与启动控制策略研究18-40
• 2.1 引言18
• 2.2 模块化多电平换流器及其子模块拓扑结构18-27
• 2.2.1 MMC通用拓扑结构18-20
• 2.2.2 子模块拓扑结构20-25
• 2.2.3 模块化多电平换流器数学模型25-27
• 2.3 模块化多电平换流器的调制策略与控制方法27-31
• 2.3.1 模块化多电平换流器的调制策略27-28
• 2.3.2 模块化多电平换流器的控制方法28-31
• 2.4 全桥型MMC-HVDC定触发型自励式启动策略31-38
• 2.4.1 适用FBMMC-HVDC的启动控制策略31-35
• 2.4.2 仿真验证35-38
• 2.5 本章小结38-40
• 第3章 采用质因子分解法与希尔排序算法的MMC电容均压策略40-55
• 3.1 引言40
• 3.2 基于传统排序的电容电压平衡方法40-42
• 3.2.1 传统电容电压平衡方法40-41
• 3.2.2 基于质因子分解的电容电压优化平衡方法41-42
• 3.3 改进的电容电压优化平衡法42-47
• 3.3.1 希尔排序算法原理42-43
• 3.3.2 排序步长的选择43-45
• 3.3.3 混合排序法45-46
• 3.3.4 分组层数对混合算法排序优化效率的影响46-47
• 3.4 仿真验证与分析47-53
• 3.4.1 希尔排序次数验证48-49
• 3.4.2 混合排序法验证49-51
• 3.4.3 桥臂子模块分组层数对算法优化率影响验证51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 MMC阀基主动均压控制策略研究55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 子模块电容电压平衡控制作用机理分析55-59
• 4.2.1 改进的电容排序电压方法55-58
• 4.2.2 电容均压控制对桥臂电压的影响58-59
• 4.3 MMC子模块开关频率定量控制方法59-61
• 4.3.1 IGBT开关频率在线测量模块59-60
• 4.3.2 基于PI控制器的IGBT开关频率控制策略60-61
• 4.4 仿真分析61-66
• 4.4.1 电容电压纹波波动阈值限值的选择及验证62-63
• 4.4.2 IGBT平均开关频率定量控制方法的验证63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 结论与展望67-69
• 5.1 本文的主要结论与创新点67-68
• 5.2 后续研究工作展望68-69
• 参考文献69-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果75-77
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作77-78
• 致谢78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵周;胡刚;王琦杰;曹启祥;张国书;冯开明;;中国氦冷固态增殖剂试验包层模块1×4方案子模块后板结构设计[J];核聚变与等离子体物理;2014年03期

2 敬华兵;年晓红;;新型的模块化多电平换流器子模块保护策略[J];电网技术;2013年07期

3 张梁平,曾莉红;对GDLIS7.0编目、典藏子模块的探析[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2003年03期

4 李探;赵成勇;李路遥;张帆;翟晓萌;;MMC-HVDC子模块故障诊断与就地保护策略[J];中国电机工程学报;2014年10期

5 ;倍福推出KL2791新型总线端子模块[J];现代制造;2008年25期

6 ;西门子推出Liquipure CX连续电去离子模块[J];中国给水排水;2010年06期

7 薛英林;徐政;张哲任;刘高任;;子模块故障下C-MMC型高压直流系统的保护设计和容错控制[J];电力自动化设备;2014年08期

8 胡鹏飞;江道灼;周月宾;林志勇;梁一桥;郭捷;;模块化多电平换流器子模块故障冗余容错控制策略[J];电力系统自动化;2013年15期

9 郝腾飞;冯开明;赵周;袁涛;;TBM子模块冷却剂流量分析及结构改进设计[J];核聚变与等离子体物理;2008年03期

10 管敏渊;徐政;;模块化多电平换流器子模块故障特性和冗余保护[J];电力系统自动化;2011年16期

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 王红蕾 记者 张桂英;中科院分子模块设计育种基地落户我省[N];黑龙江日报;2014年

2 见习记者 刘世昌;印刷企业管理信息系统[N];中国新闻出版报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 郭高朋;MMC多层次仿真技术及其应用研究[D];中国电力科学研究院;2015年

2 吉宇;储能型模块化多电平变换器的关键技术研究[D];东南大学;2015年

3 周月宾;模块化多电平换流器型直流输电系统的稳态运行解析和控制技术研究[D];浙江大学;2014年

4 薛英林;适用于大容量架空线输电的C-MMC型柔性直流技术研究[D];浙江大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 苑晓W，

本文编号：744082