【摘要】：基于常規(guī)直流換流器(line commutated converter,LCC)和模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)的混合多端直流輸電系統(tǒng)是能源基地電力外送、分散消納柔性直流功率、提高交流電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要技術(shù)手段,研究系統(tǒng)在各類工況下的不間斷運行,對實現(xiàn)高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離、大容量、特高壓、架空線等場合下的應(yīng)用具有重要意義。本文基于送端采用常規(guī)直流和受端采用全橋型子模塊和半橋型子模塊級聯(lián)的MMC(hybrid modular multilevel converter,Hybrid MMC),研究了各類工況下的不間斷運行控制策略,不間斷運行側(cè)重于換流器在各類工況下無需閉鎖的安全穩(wěn)定運行,實現(xiàn)系統(tǒng)的快速恢復(fù),縮短功率缺額或下降時間。主要研究內(nèi)容與研究成果如下:(1)提出了混合三端直流輸電系統(tǒng)直流線路故障不間斷運行與控制策略。推導(dǎo)了Hybrid MMC輸出的交流電壓、直流電壓與橋臂電壓的關(guān)系式,分析了Hybrid MMC交、直流側(cè)電氣量的解耦可控性,得到直流故障時Hybrid MMC主動控制直流電流的可行性,從而實現(xiàn)混合三端直流輸電系統(tǒng)直流短路電流自清除。進而設(shè)計了瞬時性直流故障下各換流器的不間斷運行控制策略,仿真驗證了所提策略能實現(xiàn)直流故障自清除以及瞬時性故障后的快速重啟。(2)提出了混合三端直流輸電系統(tǒng)受端交流故障不間斷運行與控制策略。推導(dǎo)了Hybrid MMC在交流對稱/不對稱故障期間的表達式,分析了交流故障引起的交流電流不對稱、橋臂環(huán)流、功率波動、子模塊電容過電壓等影響。為了保證換流器的安全穩(wěn)定,并限制交流側(cè)故障對直流系統(tǒng)的影響,引入了正負(fù)序分離鎖相環(huán)、負(fù)序電流抑制策略、交流低壓穿越策略、橋臂環(huán)流抑制策略。進而設(shè)計了瞬時性和永久性交流故障下各換流器的不間斷運行控制策略,仿真驗證了所提策略能限制交流故障影響范圍,維持直流側(cè)安全運行。(3)針對特高壓大容量應(yīng)用場合,提出了混合三端直流輸電系統(tǒng)高低壓閥組串聯(lián)運行結(jié)構(gòu)。為應(yīng)對閥組穩(wěn)態(tài)運行時電壓不平衡問題,設(shè)計了閥組均壓運行策略。在計及旁路斷路器的容量和成本的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計了LCC和Hybrid MMC的操作要求,滿足斷路器低電壓開合、過零切斷電流的技術(shù)要求。進而設(shè)計了雙閥組和單閥組在線切換的控制策略,仿真驗證了所提策略能在混合三端直流輸電系統(tǒng)不停運的前提下,平穩(wěn)控制電壓和功率,實現(xiàn)閥組的在線投退。
【圖文】：

π/2PIIdcpuIdcrefπ/2PIVdcpuVdcrefmaxα低壓限流圖 2-4 LCC 控制器后備電壓環(huán)節(jié)的指令值 Vdcref略大于線路額定電壓，反饋量 Vdcpu取自換流器輸出的直流電壓。當(dāng)系統(tǒng)功率不平衡導(dǎo)致線路直流電壓上升時，Vdcref與 Vdcpu的差值變小，電壓環(huán)的 PI 環(huán)節(jié)輸出將逐漸減小，相應(yīng)輸出的觸發(fā)角將增大；當(dāng)線路電壓超過電壓環(huán)節(jié)的指令值（例如 1.02pu）時，電壓環(huán)節(jié)的輸出將超過電流控制環(huán)，換流器轉(zhuǎn)入到定直流電壓控制模式，維持線路電壓的穩(wěn)定同時減小換流器注入到直流線路的功率。Hybrid MMC 的控制器如圖 2-5 所示，，換流器采取的是交直流解耦控制結(jié)構(gòu)，包含交流控制環(huán)、直流控制環(huán)和橋臂環(huán)流抑制環(huán)。MdvdpumidrefPIIdmaxPI交流電流控制子模塊平均電容電壓控制VcrefipainbPI0N/DVdcn/2EdiffaidiffaId2負(fù)序二倍頻環(huán)流抑制1/2橋

-10100-90-4504590角相(deg)101103102頻率(Hz)Kp=0.5，KI=50，ωc=2圖 4-2 PI+R 控制器 Bode 圖結(jié)合 ANF-PLL 和 PI+R 控制器，可以實現(xiàn)在一套控制器中對電流的正、負(fù)序分統(tǒng)一控制，交流內(nèi)環(huán)電流的控制器如圖 4-3 所示，其中 idref和 iqref正序電流分量參值由交流外環(huán)給出，交流外環(huán)分別控制子模塊平均電容電壓和無功功率；idref和 負(fù)序電流分量參考值不由外環(huán)給出，而是直接置為 0，來實現(xiàn)負(fù)序電流分量的抑制dq/abcMdidpuvdpuMqvqpuiqpuθiqrefvPCCLpuma子模塊電容均壓控制驅(qū)動信號idrefPIIdmax-IdmaxVref_na~cVref_pa~cQrefQpuVdcn/2IdcmaxIPIIqmax-IqmaxPIPIPImbVdcn/2mcVdcn/2Lpu交流電流控制Pdcref子模塊平均電容電壓控制無功外環(huán)控制直流外環(huán)控制Vcref交流控制環(huán)直ipainb0PIPI2θ0IbaseN/DN/DLpuipcincinbipbLpuVdcn/2EdiffaVdcn/2EdiffcVdcn/2Ediffbdq/abcidiffaidiffcidiffbabc/dqId2Iq2負(fù)序二倍頻環(huán)流抑制1/21/21/2RRANF-PLL
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM721.1

【參考文獻】

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1 饒宏;張東輝;趙曉斌;郭琦;;特高壓直流輸電的實踐和分析[J];高電壓技術(shù);2015年08期

2 徐政;肖晃慶;張哲任;;模塊化多電平換流器主回路參數(shù)設(shè)計[J];高電壓技術(shù);2015年08期

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4 李笑倩;劉文華;宋強;饒宏;朱U

本文編號：2676693