多端柔性直流输电的关键技术研究

发布时间：2018-04-13 14:10

  本文选题：模块化多电平换流器 + 多端柔性直流输电　； 参考：《青岛科技大学》2014年硕士论文

【摘要】：多端直流输电(Multi-Terminal Direct Current,MTDC)系统不但可以实现多电源供电，而且还可以实现多落点受电，它比两端高压直流输电(High Voltage DirectCurrent, HVDC)系统在实际运行中更经济更灵活，它比较适合于电网的互联和新能源并网等方面。随着大功率电力电子开关器件技术的逐渐发展，以全控型开关器件为基础的电压源换流器型的高压直流输电(HVDC based on Voltage Souceconverter, VSC-HVDC)得到了快速的发展，它具有有功功率和无功功率独立调节的能力，可以向无源网络供电。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为新一代的电压源换流器拓扑，因为它开关损耗小，，不依赖器件串联技术等优点，也得到了快速的发展。 基于MMC的多端柔性直流输电系统，不但具有MMC的各种优点，而且还具有多端系统的灵活性、经济性和可靠性等优点。但是，多端柔性直流输电系统在仿真建模分析和系统的控制保护策略等方面比两端系统更复杂，很多关键的问题并未得到合理有效的解决，因此本文对基于MMC的VSC-MTDC系统的仿真建模和多端协调控制策略进行了研究，能够为基于MMC的VSC-MTDC工程的实施提供一定的理论依据。 （1）基于MMC的VSC-MTDC模型与控制策略 为了深入研究基于MMC的多端柔性直流输电系统，首先需要研究MMC的基本原理和简单的控制策略。根据MMC的工作原理，本文推导出了三端VSC-MTDC系统在dq坐标系下的数学模型。根据dq解耦控制的思想，设计了基于MMC的换流站级控制器。并且介绍了几种适用于MMC的调制策略和相应的电容电压均压控制策略。 （2）适用于VSC-MTDC系统的控制策略 多端系统的站间协调控制是VSC-MTDC系统的核心。首先研究了直流电压斜率控制、直流电压偏差控制和基于直流电压-有功功率调节的上层控制，设计了三种不同的控制器。根据后两种控制器的特点，本文将这两种控制方法结合，提出了新的控制策略来提高多端柔性直流输电系统的稳定性和可靠性。当某一个换流站因为故障退出后，剩余的其它具有有功功率调节能力的换流站在共同分担系统有功功率的缺额，而当上层控制器通讯线故障时，直流电压偏差控制器开始起调节作用，根据系统运行状态自动切换工作模式。通过仿真验证了所提出的多端系统控制策略是可行有效的，具有一定的实用性。 （3） VSC-MTDC系统中的低电压穿越问题的研究 为了解决风机的低电压穿越问题，本文基于直流电压-有功功率控制策略的多端系统，接入风力发电系统，在风力发电机所连交流电网发生电压跌落时，风力发电机所发的功率仍然能够输送出去，不会造成直流侧电压升高，能够很好的渡过电压故障和电压恢复时刻，运行稳定。在MTALAB下搭建接入风电的四端系统，在整流站、逆变站和主控制站所连电网分别发生电压跌落时，风力发电机能够继续平稳工作。仿真结果表明了多端系统是解决风力发电机低压穿越的问题最有效途径之一。
[Abstract]:The multi - terminal direct current ( MTDC ) system not only can realize multi - power supply , but also can realize multi - drop power reception , which is more economical and more flexible than the high voltage direct current ( HVDC ) system in actual operation . It has the capability of independent regulation of active power and reactive power . It can supply power to passive network . Modular multilevel converter ( MMC ) is used as a new generation of voltage source converter topology , because it has the advantages of low switching loss , no dependence on serial technology of devices , etc .

The multi - terminal flexible direct current power transmission system based on MMC not only has the advantages of MMC but also has the advantages of flexibility , economy and reliability of the multi - terminal system . However , the multi - terminal flexible direct current power transmission system is more complex than the two - end systems in the aspects of simulation modeling analysis and control protection strategy of the system , and many key problems are not reasonably and effectively solved . Therefore , the simulation modeling and the multi - terminal coordination control strategy of the MMC based VSC - MTDC system are researched , and a certain theoretical basis can be provided for the implementation of the MMC based VSC - MTDC project .

( 1 ) VSC - MTDC Model and Control Strategy Based on MMC

In order to study the MMC - based multi - terminal flexible DC power transmission system , it is necessary to study the basic principle and the simple control strategy of MMC . According to the working principle of MMC , the mathematical model of the three - terminal VSC - MTDC system in the coordinate system is derived . Based on the idea of decoupling control , a converter - level controller based on MMC is designed . Several modulation schemes suitable for MMC and corresponding voltage - equalizing control strategy are introduced .

( 2 ) Control strategy applicable to VSC - MTDC system

The control of DC voltage slope , DC voltage deviation control and upper layer control based on DC voltage - active power regulation are studied . Three different controllers are designed . According to the characteristics of two controllers , the new control strategy is proposed to improve the stability and reliability of multi - terminal flexible DC power transmission system .

( 3 ) Study on low voltage ride through in VSC - MTDC system

in ord to solve that problem of low voltage ride through of a fan , a multi - terminal system based on a direct current voltage - active power control strategy is connected with a wind power generation system .

【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM721.1

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本文编号：1744853