基于MMC的柔性直流输电系统研究

发布时间：2017-10-13 06:14

  本文关键词：基于MMC的柔性直流输电系统研究

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【摘要】：基于电压源型换流器的高压直流输电(Voltage Sourced Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)技术国内称之为“柔性直流输电”(HVDC-Fexible)技术。以可关断器件和PWM技术为基础的柔性直流输电技术能够很有效的解决新能源并网、远距离孤立负荷供电和异步电网互联等问题。与两电平结构相比,基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电技术采用模块化设计,非常易于拓展,开关损耗较小,更适用于高压直流输电场合。本文以两端MMC-HVDC系统为研究对象,对MMC-HVDC基本工作原理、系统参数设计和相关控制策略等方面分别进行了分析研究。本文介绍了目前柔性直流输电所采用的几种拓扑结构,分析了柔性直流输电在国内外的发展状况以及发展前景,概述了MMC-HVDC控制策略研究现状,主要包括调制策略,环流抑制策略,电压平衡控制策略和不平衡工况下控制策略。分析了MMC的基本结构和工作原理。分析了MMC-HVDC系统的基本组成结构和工作特性,分析并建立了MMC-HVDC系统的低频动态数学模型。分析了系统参数设计中桥臂电抗器和子模块电容选取的重要性,介绍了桥臂电抗器参数的基本选取方法。通过分析桥臂瞬时功率与桥臂子模块电容电压波动之间的关系,提出了一种桥臂子模块电容值的选取方法。简要介绍了MMC-HVDC常用的载波移相调制策略和最近电平逼近调制策略。根据推导出的子模块电容电压波动分量表达式,结合最近电平调制策略,详细说明了桥臂环流产生的原因。并分别得到了交流系统正常工况下和故障工况下三相桥臂环流的分布情况。提出了一种桥臂二倍频环流抑制策略,实现了桥臂环流二倍频的有效抑制。最后,研究了MMC-HVDC桥臂上子模块间的电压平衡控制策略,在传统的电压平衡控制策略基础上提出了一种优化改进的电容电压平衡控制策略以实现子模块电容电压平衡控制的同时尽量降低功率器件开关损耗。提出了一种两端MMC-HVDC系统启动控制策略。研究了系统外环控制器设计和电流内环控制器设计。研究了交流系统故障工况下MMC-HVDC系统的功率传输特性和相关控制目标的实现方法。分析得到了交流系统故障工况下能够同时实现的两种控制目标。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了两端MMC-HVDC系统仿真模型,对本文提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了本文的相关理论分析以及所提出控制策略的正确性和有效性。
【关键词】：柔性直流输电 模块化多电平 环流抑制 电压平衡 启动控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题背景及意义10-12
• 1.2 柔性直流输电发展现状12-15
• 1.2.1 换流器拓扑结构12-14
• 1.2.2 柔性直流输电技术应用前景14-15
• 1.3 MMC-HVDC系统控制策略概述15-17
• 1.3.1 MMC-HVDC调制策略15
• 1.3.2 MMC-HVDC的环流抑制15-16
• 1.3.3 MMC-HVDC的电压平衡控制16
• 1.3.4 交流系统故障工况下控制策略16-17
• 1.4 本文的主要内容17-18
• 第2章 MMC-HVDC基本原理及参数选取18-31
• 2.1 MMC的基本结构及原理18-22
• 2.1.1 子模块工作原理19
• 2.1.2 MMC基本工作原理19-22
• 2.2 MMC-HVDC的基本结构和特性22-23
• 2.3 MMC-HVDC的数学模型23-25
• 2.4 MMC-HVDC系统参数确定25-30
• 2.4.1 子模块电容值选取方法25-29
• 2.4.2 桥臂电抗大小选取方法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 MMC-HVDC的阀控层控制策略31-51
• 3.1 MMC-HVDC的调制方式分析31-34
• 3.1.1 调制方式的选择31-32
• 3.1.2 载波移相调制32-33
• 3.1.3 最近电平逼近调制33-34
• 3.2 MMC-HVDC环流分布及抑制方法34-46
• 3.2.1 环流产生机理及分布情况34-39
• 3.2.2 基于NLM的二倍频环流抑制策略39-44
• 3.2.3 仿真分析44-46
• 3.3 MMC-HVDC电压平衡优化控制46-50
• 3.3.1 传统电压平衡控制46-47
• 3.3.2 优化的电压平衡控制47-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 MMC-HVDC系统控制策略及仿真研究51-67
• 4.1 MMC-HVDC的启动控制策略51-56
• 4.1.1 不可控充电过程52-53
• 4.1.2 子模块电容电压提升过程53-54
• 4.1.3 功率控制过程54
• 4.1.4 启动控制仿真54-56
• 4.2 MMC-HVDC的换流站级控制策略56-61
• 4.2.1 电流内环控制器56-57
• 4.2.2 外环控制器57-58
• 4.2.3 故障情况下控制策略58-60
• 4.2.4 正负序分量提取方法60-61
• 4.3 MMC-HVDC系统控制策略仿真分析61-66
• 4.3.1 交流系统正常工况下仿真结果63-65
• 4.3.2 交流系统故障工况下仿真结果65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 总结和展望67-69
• 参考文献69-73
• 附录A 攻读学位期间获得的研究成果73-74
• 致谢74

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