本文選題：模塊化多電平換流器 + 柔性直流輸電　； 參考：《山東大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：與傳統(tǒng)兩電平或三電平電壓源型換流器(Voltage Source Converter,VSC)相比,模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有許多無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì):比如1)結(jié)構(gòu)模塊化,可以通過(guò)增加子模塊個(gè)數(shù)方便地?cái)U(kuò)展功率、電壓等級(jí);2)開關(guān)頻率低,顯著減小了換流器及直流輸電系統(tǒng)整體損耗;3)波形質(zhì)量高,極大降低了對(duì)交直流側(cè)濾波器的要求;4)均壓難度低,采用子模塊串聯(lián)而非器件直接串聯(lián)技術(shù),大大降低了器件均壓難度;5)運(yùn)行可靠性高,方便的子模塊冗余設(shè)計(jì)和橋臂電感直接串聯(lián)結(jié)構(gòu)提高了換流器運(yùn)行的安全可靠性。由于上述優(yōu)勢(shì),基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電(Modular MultilevelConverter Based HVDC,MMC-HVDC)被認(rèn)為是最具潛力的柔性直流輸電方式,也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外實(shí)際工程中普遍采用的柔性直流輸電方式。MMC-HVDC在遠(yuǎn)距離大容量輸電,異步電網(wǎng)互聯(lián),分布式電源接入電網(wǎng),風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電并網(wǎng),無(wú)源海島、鉆井平臺(tái)、偏遠(yuǎn)地區(qū)供電及城市電網(wǎng)增容改造等諸多領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景,成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界研究的焦點(diǎn),工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然MMC-HVDC有諸多優(yōu)點(diǎn),但是其機(jī)理分析,控制策略等均比傳統(tǒng)VSC-HVDC更為復(fù)雜。為了保證MMC-HVDC的可靠經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì),安全穩(wěn)定運(yùn)行及故障穿越能力,對(duì)MMC及其構(gòu)成的柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行精確的穩(wěn)態(tài)機(jī)理分析,可靠的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),快速的并網(wǎng)策略研究,均有十分重要的理論研究?jī)r(jià)值和工程實(shí)用價(jià)值。本文主要利用理論分析,仿真驗(yàn)證及部分實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段,重點(diǎn)研究MMC及相應(yīng)柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行機(jī)理,快速并網(wǎng)鎖相,不同工況下的功率解耦控制及環(huán)流電流抑制等相關(guān)問(wèn)題。(1)MMC的閉環(huán)時(shí)域穩(wěn)態(tài)分析方法。精確的時(shí)域穩(wěn)態(tài)分析可以實(shí)現(xiàn)MMC及MMC-HVDC的電氣量評(píng)估,電路參數(shù)設(shè)計(jì)及半導(dǎo)體器件選擇,是工程規(guī)劃和工程運(yùn)行中極其關(guān)鍵的技術(shù)。提出了一種閉環(huán)時(shí)域穩(wěn)態(tài)分析方法,首先假定MMC精確調(diào)制函數(shù)及內(nèi)部環(huán)流均為未知量,然后基于經(jīng)典循環(huán)耦合原理在MMC內(nèi)部構(gòu)建兩個(gè)閉合分析環(huán)路,以此建立兩個(gè)非線性環(huán)路方程求解精確調(diào)制函數(shù),環(huán)流電流及所有被其耦合的MMC內(nèi)部電氣量。提出的閉環(huán)穩(wěn)態(tài)分析方法在MMC整個(gè)功率運(yùn)行范圍內(nèi)均能保持很高的分析精度,且此分析精度不受運(yùn)行條件影響。除此之外,該方法還能實(shí)現(xiàn)MMC-HVDC系統(tǒng)交流側(cè)電壓的優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇。(2)MMC-HVDC在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下快速精確并網(wǎng)鎖相技術(shù)。該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)MMC-HVDC正常并網(wǎng)運(yùn)行,功率解耦控制及故障穿越的基礎(chǔ)。提出了一種微分滑動(dòng)濾波快速鎖相技術(shù)。該技術(shù)將隨輸入信號(hào)頻率變化而在線變化的比例模塊引入滑動(dòng)濾波鎖相環(huán)(Moving Average Filter based Phase Locked Loop,MAF-PLL),以此快速濾除最低次諧波減小滑動(dòng)濾波模塊的窗口寬度,提升鎖相速度。由于比例模塊不會(huì)引入相位滯后,因此不會(huì)影響鎖相系統(tǒng)穩(wěn)定性。該鎖相技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,計(jì)算量低,可以在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下,比如故障、高諧波污染、直流偏置等,實(shí)現(xiàn)精確、快速鎖相,為所有并網(wǎng)換流器(包括MMC)及柔性直流輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)行、可靠控制及故障穿越等提供保障。(3)MMC-HVDC不同工況下的功率解耦控制策略。研究了 MMC-HVDC在對(duì)稱及不對(duì)稱電網(wǎng)條件下的有功、無(wú)功解耦控制策略。交流電網(wǎng)不對(duì)稱時(shí),對(duì)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的分序解耦比例積分(Proportionallntergral,PI)控制策略及靜止坐標(biāo)系下的比例諧振(Proportional Resonant,PR)控制策略進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析及仿真驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)基于PR的MMC-HVDC功率解耦控制策略可以在靜止坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn),無(wú)需交流電氣量正負(fù)序分離、分序控制以及坐標(biāo)變換和反變換,因此具有更加簡(jiǎn)單的控制結(jié)構(gòu)和更低的計(jì)算量。(4)MMC-HVDC環(huán)流電流抑制策略。MMC自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理不可避免引起橋臂環(huán)流。研究了 MMC內(nèi)部環(huán)流產(chǎn)生的機(jī)理及相應(yīng)的環(huán)流抑制策略。得出在不對(duì)稱電網(wǎng)條件下,將MMC環(huán)流抑制策略直接應(yīng)用于MMC-HVDC系統(tǒng)時(shí)可能會(huì)引起直流母線電壓波動(dòng)或無(wú)法完全消除零序環(huán)流。針對(duì)這一問(wèn)題,設(shè)計(jì)了新的MMC零序環(huán)流控制器并提出了相應(yīng)的改進(jìn)MMC-HVDC環(huán)流抑制策略。改進(jìn)抑制策略結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),在不增加額外成本的情況下能夠完全消除對(duì)稱及不對(duì)稱電網(wǎng)條件下MMC-HVDC的內(nèi)部環(huán)流,直流母線電流及電壓波動(dòng),大大提升了系統(tǒng)整體運(yùn)行性能及穩(wěn)定性。
[Abstract]:Compared with the traditional two - level or three - level voltage source converter ( VSC ) , the modular multilevel converter ( MMC ) has many incomparable advantages : ( 1 ) the modular multilevel converter based HVDC ( MMC - HVDC ) is considered to be the most potential flexible direct current transmission mode . This paper presents a closed - loop steady state analysis method for MMC - HVDC system . ( 3 ) The control strategy of active and reactive decoupling of MMC - HVDC under different operating conditions is studied . The control strategy of active and reactive decoupling of MMC - HVDC under the condition of symmetric and asymmetric power grid is studied . The mechanism of MMC - HVDC power decoupling control strategy and proportional resonant ( PR ) control strategy under stationary coordinate system are discussed in detail .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM721.1

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本文編號(hào)：1783401