本文選題：模塊化多電平換流器　切入點(diǎn)：子模塊混合型MMC　出處：《華北電力大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：模塊化多電平換流器高壓直流輸電(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct C urrent,MMC-HVDC)以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),已成為未來(lái)電壓源換流器高壓直流輸電(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。隨著MMC-HVDC向更高電壓、更大傳輸容量和更遠(yuǎn)距離輸電的方向發(fā)展,采用具有明顯經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的架空線輸電成為未來(lái)MMC-HVDC工程的必然選擇。然而,架空線會(huì)難以避免地面臨直流故障發(fā)生概率較高的問(wèn)題,因而快速、可靠地清除直流故障、盡量減小直流故障瞬間過(guò)電壓、過(guò)電流對(duì)于系統(tǒng)的危害,已成為采用架空線的MMC-HVDC系統(tǒng)的迫切需求。為了兼顧換流器的直流故障電流清除能力和良好的經(jīng)濟(jì)性,由所用器件數(shù)目最少、但不具備直流故障電流清除能力的半橋子模塊和具備直流故障清除能力的新型MMC拓?fù)渥幽K組成的混合MMC已引起學(xué)術(shù)界和工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。本論文將針對(duì)采用架空線的MMC-HVDC系統(tǒng),基于子模塊混合型MMC的換流器拓?fù)?分別針對(duì)直流故障引起的故障電流和故障電壓,通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變和控制保護(hù)策略設(shè)計(jì),提出相應(yīng)的解決方案。(1)MMC-HVDC直流故障電流解決方案——子模塊混合型MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究首先介紹了MMC的基本運(yùn)行原理與控制策略;其次著重介紹了三種典型的子模塊拓?fù)?半橋子模塊(Half Bridge Sub-Modules,HBSM)、全橋子模塊(Full Bridge Sub-Modules,FBSM)和箝位雙子模塊(C lamp Double Sub-Modules,CDSM),通過(guò)比較其拓?fù)涮攸c(diǎn),確定了以HBSM和FBSM為基本單元的子模塊混合型MMC作為研究對(duì)象;為了應(yīng)對(duì)MMC-HVDC直流故障電流,分析了MMC直流側(cè)單極接地故障和雙極短路故障的故障電流通路,根據(jù)故障穿越機(jī)理設(shè)計(jì)了MMC的子模塊配置原則,FBSM的個(gè)數(shù)占橋臂子模塊總個(gè)數(shù)的最低比例應(yīng)為0.5。最后,分別以HBSM和FBSM為基礎(chǔ),提出了以并聯(lián)IGBT開(kāi)關(guān)組分列運(yùn)行的新型子模塊拓?fù)?雙半橋子模塊(Double Half-bridge Sub-module,D-HBSM)和并聯(lián)全橋子模塊(Paralleled Full-bridge Sub-module,P-FBSM,)構(gòu)成的新型子模塊混合型MMC;依照其子模塊電容電壓均衡規(guī)律特點(diǎn)設(shè)計(jì)了子模塊觸發(fā)策略,對(duì)于P-FBSM的個(gè)數(shù)占橋臂子模塊總個(gè)數(shù)比例為0.5的新型子模塊混合型MMC,其子模塊均壓排序算法的計(jì)算量降至原來(lái)的約1/16。(2)MMC-HVDC故障過(guò)電流解決方案——基于虛擬阻抗的MMC故障過(guò)電流抑制方法針對(duì)MMC-HVDC系統(tǒng)直流、交流側(cè)故障產(chǎn)生過(guò)電流的抑制問(wèn)題,分別對(duì)MMC直流、交流側(cè)故障產(chǎn)生的過(guò)電流機(jī)理進(jìn)行分析,得出了不同電路參數(shù)對(duì)于過(guò)電流程度的影響;繼而提出了基于虛擬阻抗的過(guò)電流抑制策略,通過(guò)將實(shí)際電路元件的特性映射入控制系統(tǒng)以達(dá)到抑制故障過(guò)電流的目的;為了更好地評(píng)估以上過(guò)電流抑制策略的有效性,針對(duì)MMC故障設(shè)計(jì)了三項(xiàng)過(guò)電流評(píng)價(jià)指標(biāo):橋臂瞬時(shí)電流,橋臂平均峰值電流,電流產(chǎn)熱系數(shù)。其中,橋臂平均峰值電流作為平均性指標(biāo)可以在一定程度上代表橋臂瞬時(shí)電流的平均水平,具有評(píng)估故障過(guò)電流水平的普遍意義。最后基于PSCAD/EMTDC搭建了雙端11電平仿真模型,分別在系統(tǒng)中設(shè)置直流側(cè)和交流側(cè)故障,通過(guò)所提評(píng)價(jià)指標(biāo),仿真結(jié)果驗(yàn)證了基于虛擬阻抗的過(guò)電流抑制策略的有效性。(3)MMC-HVDC直流故障過(guò)電壓解決方案——可實(shí)現(xiàn)MMC交、直流側(cè)電壓偏置解耦的分極控制策略首先定義了“電壓偏置率”的概念,通過(guò)對(duì)MMC上、下橋臂進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)稱的分析,得到基于現(xiàn)有的主流dq解耦雙閉環(huán)控制器,MMC的交、直流側(cè)電壓的偏置具有天然耦合,其電壓偏置率具有與調(diào)制度M相關(guān)的正比例關(guān)系。重新對(duì)MMC內(nèi)部電路進(jìn)行建模,將上、下橋臂相關(guān)電氣量區(qū)別處理,得到交流側(cè)饋入電流、直流母線電壓、上下橋臂功率間的正比例相關(guān)關(guān)系,該關(guān)系為MMC分極控制策略的主要理論基礎(chǔ),基于該理論基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)MMC交、直流側(cè)電壓偏置解耦的分極控制策略。對(duì)于分極控制策略進(jìn)行簡(jiǎn)單驗(yàn)證,證明其具備現(xiàn)有dq解耦雙閉環(huán)控制器相同的控制效果,并具有環(huán)流抑制作用。(4)MMC-HVDC直流故障過(guò)電壓解決方案——子模塊混合型MMC的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)與不對(duì)稱運(yùn)行子模塊混合型MMC的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)與不對(duì)稱運(yùn)行為可實(shí)現(xiàn)MMC交、直流側(cè)電壓偏置解耦的分極控制策略的具體應(yīng)用和拓展。為了實(shí)現(xiàn)MMC上、下橋臂相對(duì)獨(dú)立的控制與運(yùn)行,提出了子模塊混合型不對(duì)稱MMC的結(jié)構(gòu),并針對(duì)直流電壓可變和直流電壓保持不變兩種具體工程應(yīng)用場(chǎng)景提出了以HBSM、FBSM為基本單元的橋臂子模塊配置原則;指出在滿足一定換流器結(jié)構(gòu)要求的前提下,采用分極控制策略可以在聯(lián)結(jié)變壓器二次側(cè)無(wú)直流偏置的前提下實(shí)現(xiàn)MMC-HVDC系統(tǒng)直流側(cè)的不對(duì)稱運(yùn)行;在直流側(cè)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí),使用分極控制策略可以顯著減小直流母線的過(guò)電壓水平。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM721.1

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本文編號(hào)：1606336