MMC-HVDC直流线路故障分析与保护策略研究

摘要

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电技术由于其换流器的结构特性，所以具有高度模块化、谐波含量低及调控灵活的优势，因此，在电网领域中得到了广泛的应用。
　　目前，MMC-HVDC系统的交流侧故障是国内外研究的侧重点，而对于系统直流输电线路的故障特性方面的研究较少。因此，本文主要内容是对 MMC-HVDC系统直流输电线路上的故障特性及其保护策略的研究分析，其内容结构如下：
　　首先，叙述直流输电技术的研究背景及现状，可知柔性直流输电技术对解决分布式能源并网、风电场并网、海上作业平台供电、以及对偏远无源地区等供配电场合的问题，具有较高的可行性和经济性，对创建绿色、清洁的电网具有重要的价值和意义。
　　其次，对MMC-HVDC系统的拓扑结构和工作原理、系统的调制方式、子模块电容均压控制和MMC-HVDC系统的控制体系结构进行研究分析，这为MMC-HVDC系统控制策略的分析及其系统的建模提供了理论基础与依据。
　　然后，针对MMC-HVDC系统的换流器级控制，依次对直接电流控制、启动控制和相间环流控制，利用建立数学模型的方法对这三种控制策略作了理论的分析和研究。并在PSCAD/EMTDC的仿真软件上，搭建了相应的控制器模型，由仿真结果表明系统控制策略及搭建模型的正确性。
　　最后，针对直流输电线路上的单极接地故障、双极短路故障和断线故障，从其故障机理进行分析和研究，对单极接地故障提出，通过设定不同的交直流侧的保护定值和增大故障极线路的绝缘性的保护策略；对于双极短路故障提出，故障时利用过电流抑制策略、闭锁换流器和跳开交流断路器的保护策略；对于断线故障，提出通过改变换流站的控制方式的保护策略；最后通过仿真验证其保护策略的有效性。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容和章节安排

第2章 MMC-HVDC系统的基本原理

2.1 MMC的拓扑结构及运行原理

2.2 MMC的调制方式

2.3 子模块电容电压的平衡控制策略

2.4 MMC-HVDC系统的控制体系

2.5 本章小结

第3章 MMC-HVDC控制系统的建模与仿真

3.1 基于d-q坐标系的解耦控制

3.2 MMC的直接电流控制策略的分析

3.3 MMC的环流抑制策略

3.4 MMC的启动控制策略

3.5 MMC-HVDC控制系统的建模

3.6 MMC-HVDC控制策略的仿真分析

3.7 本章小结

第4章 MMC-HVDC直流线路故障的分析与保护

4.1 单极接地故障分析及保护策略

4.2 双极短路故障分析及保护策略

4.3 直流线路断线故障分析及保护策略

4.4 本章小节

结论及展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录