本文關(guān)鍵詞：高壓大容量MMC-HVDC先進(jìn)閥基控制策略研究

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【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,多電平換流器在高壓大容量領(lǐng)域的應(yīng)用受到了越來(lái)越多的關(guān)注。模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)作為新一代柔性直流輸電技術(shù)的核心設(shè)備,在清潔能源傳輸、電力系統(tǒng)互聯(lián)、海上鉆井平臺(tái)供電、大城市供電以及海上孤島供電等場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái),包括換流器啟動(dòng)控制策略、子模塊電容電壓均衡控制策略以及降低子模塊IGBT平均開(kāi)關(guān)頻率等閥基控制等方面已有大量文獻(xiàn)進(jìn)行了研究,本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,針對(duì)以上幾個(gè)方面進(jìn)行了更深入的研究。(1)論文介紹了MMC的主電路及子模塊拓?fù)�、基本的調(diào)制方式以及控制策略�；诎霕蜃幽K(Half-bridge Sub-module, HBSM)的HBMMC和全橋子模塊FBMMC (Full-bridge Sub-module, FBSM)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同,提出了一種針對(duì)FBMMC-HVDC的新型三段式啟動(dòng)控制策略,將不控充電過(guò)程分為兩個(gè)階段對(duì)子模塊進(jìn)行預(yù)充電,理論推導(dǎo)證明了通過(guò)全橋換流器閉鎖不控充電階段的子模塊電容電壓僅為半橋不控充電階段后子模塊電容電壓大小的一半。從橋臂電流最大值方面提出了交流側(cè)限流電阻的計(jì)算方法。在PSCAD/EMTDC中搭建電磁暫態(tài)仿真模型,仿真驗(yàn)證了所提啟動(dòng)控制策略的可行性與有效性。(2)提出了一種采用質(zhì)因子分解法與希爾排序算法的混合排序算法。推導(dǎo)了適用于MMC-HVDC系統(tǒng)的希爾排序步長(zhǎng)的時(shí)間復(fù)雜度,給出了基于混合排序算法的排序次數(shù)計(jì)算公式,分析了分組層數(shù)對(duì)降低系統(tǒng)頻率的影響,得到了分組層數(shù)與混合排序算法優(yōu)化效率成反比例關(guān)系的結(jié)論。仿真結(jié)果表明混合排序算法能實(shí)現(xiàn)電容電壓的動(dòng)態(tài)平衡,并對(duì)模型的仿真速度有較大的提高。(3)提出了一種MMC閥基主動(dòng)控制策略。首先,提出了一種改進(jìn)的電容均壓排序算法并推導(dǎo)得到了其子模塊電容電壓紋波幅值與IGBT平均開(kāi)關(guān)頻率呈反比例的數(shù)學(xué)關(guān)系,為設(shè)計(jì)基于PI控制器的主動(dòng)均壓策略提供了輸出閾值的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；其次,設(shè)計(jì)了一種在線測(cè)量IGBT平均開(kāi)關(guān)頻率的模塊,可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)頻率的劃窗式動(dòng)態(tài)測(cè)量,設(shè)計(jì)了定量控制IGBT平均開(kāi)關(guān)頻率的閉環(huán)控制器。最后搭建仿真模型,分別針對(duì)穩(wěn)態(tài)、潮流翻轉(zhuǎn)以及嚴(yán)重交直流故障情況驗(yàn)證了所提出的MMC閥基主動(dòng)均壓控制策略魯棒性和工程適用性。
【關(guān)鍵詞】：模塊化多電平換流器(MMC) 啟動(dòng)控制策略 電容電壓平衡 混合排序算法 平均開(kāi)關(guān)頻率 閥基主動(dòng)均壓控制策略
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM721.1;TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及研究意義10-14
• 1.1.1 柔性直流輸電發(fā)展概況10-13
• 1.1.2 本課題的研究意義13-14
• 1.2 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容和主要工作16-18
• 第2章 模塊化多電平換流器基本工作原理與啟動(dòng)控制策略研究18-40
• 2.1 引言18
• 2.2 模塊化多電平換流器及其子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)18-27
• 2.2.1 MMC通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)18-20
• 2.2.2 子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)20-25
• 2.2.3 模塊化多電平換流器數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.3 模塊化多電平換流器的調(diào)制策略與控制方法27-31
• 2.3.1 模塊化多電平換流器的調(diào)制策略27-28
• 2.3.2 模塊化多電平換流器的控制方法28-31
• 2.4 全橋型MMC-HVDC定觸發(fā)型自勵(lì)式啟動(dòng)策略31-38
• 2.4.1 適用FBMMC-HVDC的啟動(dòng)控制策略31-35
• 2.4.2 仿真驗(yàn)證35-38
• 2.5 本章小結(jié)38-40
• 第3章 采用質(zhì)因子分解法與希爾排序算法的MMC電容均壓策略40-55
• 3.1 引言40
• 3.2 基于傳統(tǒng)排序的電容電壓平衡方法40-42
• 3.2.1 傳統(tǒng)電容電壓平衡方法40-41
• 3.2.2 基于質(zhì)因子分解的電容電壓優(yōu)化平衡方法41-42
• 3.3 改進(jìn)的電容電壓優(yōu)化平衡法42-47
• 3.3.1 希爾排序算法原理42-43
• 3.3.2 排序步長(zhǎng)的選擇43-45
• 3.3.3 混合排序法45-46
• 3.3.4 分組層數(shù)對(duì)混合算法排序優(yōu)化效率的影響46-47
• 3.4 仿真驗(yàn)證與分析47-53
• 3.4.1 希爾排序次數(shù)驗(yàn)證48-49
• 3.4.2 混合排序法驗(yàn)證49-51
• 3.4.3 橋臂子模塊分組層數(shù)對(duì)算法優(yōu)化率影響驗(yàn)證51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第4章 MMC閥基主動(dòng)均壓控制策略研究55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 子模塊電容電壓平衡控制作用機(jī)理分析55-59
• 4.2.1 改進(jìn)的電容排序電壓方法55-58
• 4.2.2 電容均壓控制對(duì)橋臂電壓的影響58-59
• 4.3 MMC子模塊開(kāi)關(guān)頻率定量控制方法59-61
• 4.3.1 IGBT開(kāi)關(guān)頻率在線測(cè)量模塊59-60
• 4.3.2 基于PI控制器的IGBT開(kāi)關(guān)頻率控制策略60-61
• 4.4 仿真分析61-66
• 4.4.1 電容電壓紋波波動(dòng)閾值限值的選擇及驗(yàn)證62-63
• 4.4.2 IGBT平均開(kāi)關(guān)頻率定量控制方法的驗(yàn)證63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 本文的主要結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)67-68
• 5.2 后續(xù)研究工作展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果75-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研工作77-78
• 致謝78

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