本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)的模塊化多電平換流器的研究

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【摘要】：柔性直流輸電(Voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)在可再生能源發(fā)電并網(wǎng)和孤島供電等領(lǐng)域有巨大的優(yōu)勢使它得到廣泛的研究與應(yīng)用。電壓源換流器是VSC-HVDC的核心組成部分,其中模塊化多電平換流器(Modular multilevel converter,MMC)以其獨特的模塊化和可擴展性成為大功率遠距離直流輸電系統(tǒng)中最具潛力的換流器拓撲結(jié)構(gòu)。該文以MMC-HVDC系統(tǒng)為研究對象,主要對MMC的拓撲結(jié)構(gòu)、子模塊電容電壓均衡、循環(huán)電流抑制以及控制策略等問題進行深入研究。首先,詳細介紹了MMC的工作原理、數(shù)學模型及運行特性,分析了MMC常用的兩種調(diào)制策略(即最近電平調(diào)制和載波移相調(diào)制)的工作原理和適用范圍,并針對這兩種調(diào)制技術(shù)分別引出其適用的子模塊電容電壓均衡控制方法,還就MMC普遍存在的循環(huán)電流問題,分析了其產(chǎn)生機理及抑制技術(shù)。其次,該文對三種傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器——半橋子模塊、全橋子模塊、箝位雙子模塊的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理、直流故障穿越能力等方面作詳細的對比分析,總結(jié)出不同子模塊的優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上,提出一種混合型MMC,它是由全橋子模塊和半橋子模塊共同組成MMC的上下橋臂,重點闡述了其基本參數(shù)選取原則,設(shè)計了適用于混合型MMC拓撲的改進的子模塊電容電壓均衡方法,并分析了在直流電壓下降情況下該系統(tǒng)良好的運行特性。最后通過仿真驗證了混合型MMC和改進的電容均壓策略的可行性和有效性,指出混合型MMC不僅具備直流側(cè)故障穿越的能力,還具有更高的設(shè)備利用率和更低的功率損耗,具有較好的應(yīng)用前景。最后,闡述了MMC-HVDC控制的基本原理,建立MMC-HVDC在dq旋轉(zhuǎn)坐標下的數(shù)學模型并設(shè)計了直接電流控制器,針對直接電流控制在實際MMC-HVDC應(yīng)用中,控制復(fù)雜且計算量大等缺陷,提出一種模型預(yù)測控制策略。該策略根據(jù)MMC-HVDC的離散時間數(shù)學模型,開發(fā)對應(yīng)于離散時間模型的預(yù)測模型,通過求解一個最優(yōu)化問題,得到每個MMC單元中最佳的開關(guān)狀態(tài),來抑制循環(huán)電流,并通過冗余開關(guān)狀態(tài)實現(xiàn)電容電壓平衡。仿真結(jié)果表明,基于模型預(yù)測控制策略的MMC-HVDC系統(tǒng)運行更理想,實現(xiàn)過程容易且簡單。
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM721.1;TM46

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本文編號：1230652