【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會對遠(yuǎn)距離大容量輸電和新能源發(fā)電并網(wǎng)的需求越來越多,交流輸電在不斷提高電壓等級和輸送容量的發(fā)展過程中顯現(xiàn)出一些缺陷,基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電技術(shù)(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current, MMC-HVDC)具有開關(guān)頻率低,損耗小,便于實現(xiàn)高壓大容量輸送,控制靈活,可靠性高,諧波含量小等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景,近年來成為研究熱點(diǎn)。隨著電平數(shù)的升高,MMC的子模塊數(shù)急劇上升,其電磁暫態(tài)仿真模型包含大量開關(guān)器件,導(dǎo)致仿真速度非常緩慢,不利于潮流計算和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,阻礙了MMC-HVDC的研究和應(yīng)用。因此,需要建立MMC機(jī)電暫態(tài)模型,對其進(jìn)行快速的仿真計算。本文首先研究了MMC及其子模塊的通用拓?fù)浼斑\(yùn)行原理和數(shù)學(xué)模型。建立基于dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的外環(huán)電壓控制器和內(nèi)環(huán)電流控制器,可以實現(xiàn)有功無功的解耦控制。研究了最近電平逼近調(diào)制和電容電壓排序控制,對MMC進(jìn)行調(diào)制和均壓控制。推導(dǎo)了基于兩倍頻負(fù)序dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的環(huán)流抑制控制器,用以消除相間二次環(huán)流。然后,本文建立了MMC交流側(cè)、直流側(cè)、控制和調(diào)制環(huán)節(jié)的機(jī)電暫態(tài)模型,并考慮了MMC-MTDC的簡化機(jī)電暫態(tài)模型。在Matlab中建立MMC簡化機(jī)電暫態(tài)模型,與PSCAD/EMTDC中的電磁暫態(tài)模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)輸出功率和暫態(tài)運(yùn)行情況下的波形對比,從而驗證所提MMC機(jī)電暫態(tài)模型的正確性。并且通過仿真時間的對比,證明了機(jī)電暫態(tài)模型大大提高了仿真效率,適用于大規(guī)模MMC-MTDC系統(tǒng)仿真。最后,本文建立了MMC動態(tài)相量模型,并利用Matlab編程實現(xiàn)。此外本文還研究了MMC動態(tài)相量模型在內(nèi)部環(huán)流分析中的應(yīng)用。在Matlab中建立MMC動態(tài)相量模型和用以計算交直流側(cè)電壓電流各次諧波的通用矩陣,計算交直流側(cè)變量各次諧波,同時與PSCAD/EMTDC中搭建的模型進(jìn)行對比,驗證動態(tài)相量模型及環(huán)流諧波分析策略的可靠性。
[Abstract]:With the development of economy, there is more and more demand for long-distance large capacity transmission and new energy power generation. Ac transmission has some defects in the process of increasing voltage level and transmission capacity. High voltage direct current transmission technology (Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current, MMC-HVDC) based on modularized multilevel converter has the advantages of low switching frequency, low loss, easy to realize high voltage and large capacity transmission, flexible control, high reliability, low harmonic content, etc. It has a broad application prospect and has become a research hotspot in recent years. With the increase of the level number, the number of sub-modules of MMC increases sharply. The electromagnetic transient simulation model contains a large number of switching devices, which results in a very slow simulation speed, which is not conducive to power flow calculation and system stability analysis. It hinders the research and application of MMC-HVDC. Therefore, it is necessary to establish the electromechanical transient model of MMC and carry on the fast simulation calculation. In this paper, the general topology, operation principle and mathematical model of MMC and its sub-modules are studied. An outer loop voltage controller and an inner loop current controller based on dq rotating coordinate system are established to realize decoupling control of active and reactive power. The nearest level approach modulation and capacitor voltage sort control are studied, and the modulation and voltage equalization control of MMC are studied. A loop suppression controller based on the double frequency negative sequence dq rotation coordinate transformation is derived to eliminate the secondary circulation between phases. Then, the electromechanical transient model of MMC AC side, DC side, control and modulation link is established, and the simplified electromechanical transient model of MMC-MTDC is considered. The simplified electromechanical transient model of MMC is established in Matlab, and compared with the electromagnetic transient model in PSCAD/EMTDC, the steady output power and the waveform under transient operation are compared to verify the correctness of the proposed MMC electromechanical transient model. Through the comparison of simulation time, it is proved that the electromechanical transient model greatly improves the efficiency of simulation and is suitable for large-scale MMC-MTDC system simulation. Finally, the MMC dynamic phasor model is established and realized by Matlab programming. In addition, the application of MMC dynamic phasor model in internal circulation analysis is also studied. The dynamic phasor model of MMC and the general matrix used to calculate the harmonics of voltage and current on the AC / DC side are established in Matlab, and the harmonics of the AC / DC side variables are calculated. At the same time, the model is compared with the model in PSCAD/EMTDC. Verify the reliability of dynamic phasor model and circulation harmonic analysis strategy.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM721.1;TM46

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本文編號：2427306