MMC-HVDC建模及系统过电压分析

发布时间：2020-05-16 15:04

【摘要】：发展可再生能源已成为全球能源转型及实现应对气候变化目标的重大战略举措。全球能源转型的基本趋势是实现化石能源体系向低碳能源体系的转变,最终进入以可再生能源为主的可持续能源时代。就我国而言,国内电网相对成熟,但对于大规模新能源的接纳接入电网还存在一定困难,也无法满足大规模新能源功率的传输。柔性直流输电以其运行控制灵活、智能化程度高受到重视,能提升电力系统稳定性,增强系统对清洁能源的消纳能力,提高配电网可靠性和灵活性,其在新能源并网、电网互联、孤岛送电以及大城市中心供电等领域得到了广泛的应用。目前,国内外已经投运了多个两端以及多端柔性直流输电工程。同时,直流断路器的研发成功使建设直流电网成为可能。本文首先研究了基于MMC的柔性直流系统的模型,包括其拓扑结构、交流系统、直流系统、控制系统、调制策略。其中,直流系统基本控制包括了外环控制、内环电流控制和电容电压平衡控制等。控制系统还包括系统的环流抑制和启动控制。本文基于工程实际的各项参数,在电力系统仿真程序PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建详细的柔性直流输电系统模型,包括交直流系统建模、控制系统和调制策略功能实现。建立了基于戴维南等效的MMC快速仿真模型,将单个桥臂上的数百个子模块简化等效为上下桥臂两个元件,极大地降低了电磁暂态计算过程中待求解方程的阶数,从而显著地提升了仿真速度。在所建柔性直流输电系统模型的基础上,开展了系统仿真分析。实现了 MMC型柔直系统在众多工况下的仿真,系统故障类型根据换流站内发生故障的位置不同分为换流变压器网侧交流故障、换流变压器阀侧交流故障和直流故障。其中直流故障又分为直流线路发生单极接地短路故障、直流线路极间短路故障和平波电抗器阀侧接地短路故障。分析上述故障引起的系统操作过电压水平及配合相应避雷器承受的能量,计算结果为换流站相关设备选型、试验提供依据。最后,对直流线路装设直流断路器,当直流线路侧发生短路故障,故障侧换流器直流输出端口出现直流过电压,并提出相应的抑制措施,这种过电压现象只会发生在装设了直流断路器的直流电网中,对其研究具有工程参考价值。。
【图文】：

拓扑图,拓扑图

可以双向流动的，即换流器既可以做为整流站将功率从交流系统输送到直流线路，逡逑也可以作为逆变站将功率从直流送至交流系统。逡逑柔性直流输电系统的单线图如图２－１所示。换流站内包括交流系统变压器、逡逑联络变压器、系统连接电抗器和换流器等设备。逡逑Ｐｉ逦ｖ抑逦立流线路逦＾逡逑Ｕ邋２Ｃｔ＿邋ｆ逦ｆ邋Ｊｚｃｊ逡逑：逦Ｉ邋ＬＫｒ．．．逦Ｉ邋．＇逦３：逡逑图２－１邋ＭＭＣ－ＨＶＤＣ系统拓扑图逡逑柔性直流输电系统的两端ＶＳＣ可以通过矢量控制方式各控制２个物理量，这逡逑种控制主要由内环电流控制器和外环功率控制器决定（外环功率控制器主要是根逡逑据有功功率、无功功率、交流电压、直流电压等参考值来计算内环电流控制的参逡逑考值，，而内环控制是承接外环控制下实现输出电流跟踪参考电流的作用）。逡逑柔性直流输电系统的每个端口必须同时控制一有功物理量和一个无功物理逡逑量，该系统还必须有一端可以控制直流侧电压。而有功物理量和无功物理量分别逡逑包含有多种变量。因此，柔性直流输电系统存在多种控制变量的组合［３２］。逡逑２．１．２电压源换流器的基本特性逡逑ＶＳＣ在基波电压下的稳态特性可以表示为图２－２。逡逑６逡逑

子模块,电压源换流器,设计集成,半桥

提高电力系统运行可靠性。逡逑目前ＭＭＣ子模块结构有半桥子模块、全桥子模块以及双箝位子模块拓扑结逡逑构，如图２－５。半桥子模块是将两个ＩＧＢＴ构成－个半桥，全桥子模块用于抑制逡逑直流线路发生短路故障时的故障电流，而不需要跳开交流断路器，但是开关器件逡逑数量是半桥型ＭＭＣ子模块的两倍，并且全桥子模块控制系统更加复杂。双箝位逡逑９逡逑
【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】：2018
【分类号】：TM721.1

【参考文献】