模块化多电平换流器冗余控制策略研究

发布时间：2017-10-23 18:00

  本文关键词：模块化多电平换流器冗余控制策略研究

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【摘要】：自基于电压源型换流器(Voltage source converter,VSC)的高压直流输电技术(High voltage direct current,HVDC)出现以来,直流输电的换流元件在不断地革新。早期的HVDC都是采用两电平或三电平换流器技术,由大量IGBT直接串联成阀,虽然电路结构简单,但技术难度很大,并且损耗较高。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)是一种新型的电压源型换流器,有着高度模块化的结构,易于扩展系统和实现冗余控制,开关频率低,输出电压波形良好,近年来被广泛应用于柔性直流输电中(VSC-HVDC)。本文首先介绍了VSC-HVDC的发展背景以及最新工程应用,介绍了几种典型的多电平换流器及其优缺点,分析了模块化多电平换流器的研究现状,详细分析了柔性直流输电的优点和采用MMC的柔性直流输电(MMC-HVDC)的结构特点。本文结合MMC的拓扑结构和数学模型分析了其工作原理,针对MMC的应用特点,研究了MMC的矢量控制方法,并且研究了MMC常用的几种调制策略,重点分析了本文所应用的载波移相脉宽调制(Carrier phase shifted pulse width modulation,CPS-PWM)策略。MMC直流侧的电压主要由子模块(Sub-module,SM)电容电压支撑,子模块的投切状态决定MMC的工作状态,为了防止故障子模块影响系统正常运行,必须设定冗余子模块,对冗余子模进行一系列研究可使冗余系统发挥最大效益。本文研究了模块化多电平换流器的冗余结构,分析了MMC冗余结构的数学模型,在此基础上,研究了冗余子模块数目的配置方法,以及子模块常见的几种故障情况以及保护开关,并介绍了MMC的常用的几种冗余保护方案,提出了新的MMC动态冗余方案。结合MMC的动态冗余情况,提出了MMC冗余运行时的优化调制方法。为抑制桥臂环流和子模块电容电压波动,应用了环流抑制策略以及优化的电容电压均衡控制策略。最后,为了验证以上控制策略和冗余方案的正确性,在Matlab/simulink仿真软件中构建仿真模型,仿真结果表明,环流抑制策略和电容电压均衡策略均有效,提升了MMC的性能,提出的动态冗余控制策略可以保证冗余MMC系统正常工作并保持子模块电容电压稳定,系统整流侧可输出良好的直流电压,发生故障后切除故障子模块,冗余子模块进入运行,子模块故障不影响系统工作。
【关键词】：柔性直流输电 模块组合多电平换流器 调制策略 冗余控制
【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;TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 VSC-HVDC的发展与应用11-13
• 1.3 多电平换流器的种类13-16
• 1.3.1 二极管箝位型多电平换流器14
• 1.3.2 飞跨电容型多电平换流器14-15
• 1.3.3 级联H桥型多电平换流器15-16
• 1.4 MMC的应用与研究现状16-18
• 1.5 本文主要内容18-20
• 第2章 MMC的运行原理和控制策略20-35
• 2.1 MMC-HVDC的系统结构与特点20-23
• 2.2 MMC的运行原理23-27
• 2.2.1 子模块的工作原理23-25
• 2.2.2 MMC的工作原理25-27
• 2.3 MMC的数学模型27-28
• 2.4 MMC矢量控制28-31
• 2.5 MMC的调制策略研究31-34
• 2.5.1 MMC常用调制方式31-32
• 2.5.2 载波移相调制32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 MMC冗余方案与故障保护35-49
• 3.1 MMC冗余结构与原理35-38
• 3.1.1 拓扑结构35-36
• 3.1.2 冗余模块个数配置36-38
• 3.2 冗余方案研究38-42
• 3.2.1 传统冗余方案38-39
• 3.2.2 热备用冗余39-41
• 3.2.3 优化动态冗余方案41-42
• 3.3 MMC子模块常见故障与处理42-48
• 3.3.1 常见故障情况42-44
• 3.3.2 旁路保护开关44-46
• 3.3.3 仿真分析46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 MMC冗余运行稳定控制策略49-59
• 4.1 改进调制策略49-50
• 4.2 MMC环流分析与抑制50-54
• 4.3 MMC电容电压均衡控制54-55
• 4.4 仿真分析55-58
• 4.4.1 环流抑制策略仿真55-57
• 4.4.2 电容电压均衡策略仿真57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 冗余方案Matlab仿真及分析59-66
• 5.1 CPS-PWM调制策略59-60
• 5.2 MMC无冗余保护60-61
• 5.3 MMC静态冗余61-63
• 5.4 MMC动态冗余63-64
• 5.5 本章小结64-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文和软著目录73-74
• 附录B 攻读学位期间所参与的项目74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王宝安;谭风雷;商姣;;模块化多电平换流器模块冗余优化配置方法[J];电力自动化设备;2015年01期

2 马为民;吴方R，

本文编号：1084625