基于MMC的海上风电场直流传输变流器的设计与仿真

摘要

随着电力电子技术的快速发展，模块化多电平换流器（MMC）作为一种新型的多电平换流器的拓扑结构，与传统的两电平或三电平VSC相比，MMC具有电压等级控制灵活、谐波含量少、开关损耗低等特点，在高压直流输电和高压电能变化的领域得到了广泛的应用和研究。随着大型海上风电机组技术的日趋成熟，海上风电场建设规模的不断扩大风电场的规模越来越大，风电具有间歇性、不可控等特性，采用交流输电需要大量无功补偿装置、采用传统直流输电需要投入大量滤波装置而且容易发生换相失败，研究更适合于风电场的并网方式具有重要意义。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术具有容量大、独立控制有功无功、稳定交流母线电压、在网侧不需要大容量交流滤波器；故障穿越能力强等优点，非常适合于大型风电场并网，将在其风电并网连接中有广泛的应用。随着大型海上风电机组技术的日趋成熟，海上风电场建设规模的不断扩大风电场的规模越来越大，风电具有间歇性、不可控等特性，采用交流输电需要大量无功补偿装置、采用传统直流输电需要投入大量滤波装置而且容易发生换相失败，研究更适合于风电场的并网方式具有重要意义。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术具有容量大、独立控制有功无功、稳定交流母线电压、在网侧不需要大容量交流滤波器；故障穿越能力强等优点，非常适合于大型风电场并网，将在其风电并网连接中有广泛的应用。
　　本文首先对论述了海上风电的背景和意义，然后对交流输电、高压直流输电、柔性直流输电三种并网输电方式进行了比较，分析了VSC-HVDC输电的原理和调控策略并且进行了仿真验证，研究了模块化多电平换流器（MMC，modular multilevel converter）的拓扑结构、工作原理、调制方法、电压平衡方法等做，做出了MMC-HVDC的仿真模型对海上风电系统的直流输电打下基础。重点研究了MMC的各种特殊的拓扑结构，提出一种具有直流故障的清除能力的拓扑结。
　　设计风电场向交流系统输送功率的两端MMC-HVDC系统，搭建了风力发电机模型，利用等值技术形成风电场。进行了基于MMC-HVDC风电场并网及风速恒定和风速减弱的仿真研究和直流侧对称故障（三相交流短路）和不对称故障（单相接地故障）的仿真研究，以已验证设计系统的正确性和稳定性，可用于实际工程。

目录

声明

选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2海上风电场并网电网技术及柔性直流输电特点

2.1海上风电场并网的方式

2.2海上风电场并网柔性直流输电特点

2.3 本章小结

3 VSC换流器的研究和仿真

3.1电流源换流器和电压源换流器基本结构比较

3.2电压源型换流器的拓扑结构以及调制方法

3.3基于三相两电平VSC的HVDC系统仿真

3.4系统仿真结果分析

3.5 本章小结

4 MMC换流器的研究和仿真

4.1 MMC的拓扑结构

4.2 MMC换流器的的运行原理

4.3 MMC的控制方法

4.4 6电平MMC换流器的仿真

4.5 MMC的新型拓扑结构

4.6 本章小结

5 基于MMC换流器的海上风电系统的设计与仿真

5.1仿真系统参数的设置

5.2海上风速变化时的仿真对比以及分析

5.3故障情况下风电场并网仿真以及分析

5.4本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2研究展望

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢