本文關(guān)鍵詞：基于MMC的柔性直流輸電系統(tǒng)研究

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【摘要】：基于電壓源型換流器的高壓直流輸電(Voltage Sourced Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)技術(shù)國內(nèi)稱之為“柔性直流輸電”(HVDC-Fexible)技術(shù)。以可關(guān)斷器件和PWM技術(shù)為基礎(chǔ)的柔性直流輸電技術(shù)能夠很有效的解決新能源并網(wǎng)、遠距離孤立負荷供電和異步電網(wǎng)互聯(lián)等問題。與兩電平結(jié)構(gòu)相比,基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流輸電技術(shù)采用模塊化設(shè)計,非常易于拓展,開關(guān)損耗較小,更適用于高壓直流輸電場合。本文以兩端MMC-HVDC系統(tǒng)為研究對象,對MMC-HVDC基本工作原理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和相關(guān)控制策略等方面分別進行了分析研究。本文介紹了目前柔性直流輸電所采用的幾種拓撲結(jié)構(gòu),分析了柔性直流輸電在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r以及發(fā)展前景,概述了MMC-HVDC控制策略研究現(xiàn)狀,主要包括調(diào)制策略,環(huán)流抑制策略,電壓平衡控制策略和不平衡工況下控制策略。分析了MMC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。分析了MMC-HVDC系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)和工作特性,分析并建立了MMC-HVDC系統(tǒng)的低頻動態(tài)數(shù)學(xué)模型。分析了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計中橋臂電抗器和子模塊電容選取的重要性,介紹了橋臂電抗器參數(shù)的基本選取方法。通過分析橋臂瞬時功率與橋臂子模塊電容電壓波動之間的關(guān)系,提出了一種橋臂子模塊電容值的選取方法。簡要介紹了MMC-HVDC常用的載波移相調(diào)制策略和最近電平逼近調(diào)制策略。根據(jù)推導(dǎo)出的子模塊電容電壓波動分量表達式,結(jié)合最近電平調(diào)制策略,詳細說明了橋臂環(huán)流產(chǎn)生的原因。并分別得到了交流系統(tǒng)正常工況下和故障工況下三相橋臂環(huán)流的分布情況。提出了一種橋臂二倍頻環(huán)流抑制策略,實現(xiàn)了橋臂環(huán)流二倍頻的有效抑制。最后,研究了MMC-HVDC橋臂上子模塊間的電壓平衡控制策略,在傳統(tǒng)的電壓平衡控制策略基礎(chǔ)上提出了一種優(yōu)化改進的電容電壓平衡控制策略以實現(xiàn)子模塊電容電壓平衡控制的同時盡量降低功率器件開關(guān)損耗。提出了一種兩端MMC-HVDC系統(tǒng)啟動控制策略。研究了系統(tǒng)外環(huán)控制器設(shè)計和電流內(nèi)環(huán)控制器設(shè)計。研究了交流系統(tǒng)故障工況下MMC-HVDC系統(tǒng)的功率傳輸特性和相關(guān)控制目標(biāo)的實現(xiàn)方法。分析得到了交流系統(tǒng)故障工況下能夠同時實現(xiàn)的兩種控制目標(biāo)。最后,在PSCAD/EMTDC仿真環(huán)境下搭建了兩端MMC-HVDC系統(tǒng)仿真模型,對本文提出的控制策略進行了仿真分析,仿真結(jié)果驗證了本文的相關(guān)理論分析以及所提出控制策略的正確性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：柔性直流輸電 模塊化多電平 環(huán)流抑制 電壓平衡 啟動控制
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM721.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 選題背景及意義10-12
• 1.2 柔性直流輸電發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 換流器拓撲結(jié)構(gòu)12-14
• 1.2.2 柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用前景14-15
• 1.3 MMC-HVDC系統(tǒng)控制策略概述15-17
• 1.3.1 MMC-HVDC調(diào)制策略15
• 1.3.2 MMC-HVDC的環(huán)流抑制15-16
• 1.3.3 MMC-HVDC的電壓平衡控制16
• 1.3.4 交流系統(tǒng)故障工況下控制策略16-17
• 1.4 本文的主要內(nèi)容17-18
• 第2章 MMC-HVDC基本原理及參數(shù)選取18-31
• 2.1 MMC的基本結(jié)構(gòu)及原理18-22
• 2.1.1 子模塊工作原理19
• 2.1.2 MMC基本工作原理19-22
• 2.2 MMC-HVDC的基本結(jié)構(gòu)和特性22-23
• 2.3 MMC-HVDC的數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.4 MMC-HVDC系統(tǒng)參數(shù)確定25-30
• 2.4.1 子模塊電容值選取方法25-29
• 2.4.2 橋臂電抗大小選取方法29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 MMC-HVDC的閥控層控制策略31-51
• 3.1 MMC-HVDC的調(diào)制方式分析31-34
• 3.1.1 調(diào)制方式的選擇31-32
• 3.1.2 載波移相調(diào)制32-33
• 3.1.3 最近電平逼近調(diào)制33-34
• 3.2 MMC-HVDC環(huán)流分布及抑制方法34-46
• 3.2.1 環(huán)流產(chǎn)生機理及分布情況34-39
• 3.2.2 基于NLM的二倍頻環(huán)流抑制策略39-44
• 3.2.3 仿真分析44-46
• 3.3 MMC-HVDC電壓平衡優(yōu)化控制46-50
• 3.3.1 傳統(tǒng)電壓平衡控制46-47
• 3.3.2 優(yōu)化的電壓平衡控制47-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第4章 MMC-HVDC系統(tǒng)控制策略及仿真研究51-67
• 4.1 MMC-HVDC的啟動控制策略51-56
• 4.1.1 不可控充電過程52-53
• 4.1.2 子模塊電容電壓提升過程53-54
• 4.1.3 功率控制過程54
• 4.1.4 啟動控制仿真54-56
• 4.2 MMC-HVDC的換流站級控制策略56-61
• 4.2.1 電流內(nèi)環(huán)控制器56-57
• 4.2.2 外環(huán)控制器57-58
• 4.2.3 故障情況下控制策略58-60
• 4.2.4 正負序分量提取方法60-61
• 4.3 MMC-HVDC系統(tǒng)控制策略仿真分析61-66
• 4.3.1 交流系統(tǒng)正常工況下仿真結(jié)果63-65
• 4.3.2 交流系統(tǒng)故障工況下仿真結(jié)果65-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 總結(jié)和展望67-69
• 參考文獻69-73
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間獲得的研究成果73-74
• 致謝74

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