新型模块化多电平换流器环流抑制控制策略的研究

摘要

随着我国社会的不断发展，能源紧缺、环境污染等现实问题日趋严峻。改变能源消费结构、降低污染成为当今世界主流的发展方向。在新能源新技术投入不断扩大的背景下，我国在高压直流输电技术方面的研究也不断深入，模块化多电平换流器型高压直流输电技术在最近几年得到广泛的关注。
　　首先，分析了输电技术的发展历程，介绍了MMC-HVDC能够由传统的直流输电技术发展而来的原因。同时也指出了MMC由于自身结构的特点会使得三相桥臂存在相间环流，环流的存在使得三相桥臂电流产生谐波，从而导致系统成本增加，损耗增大。在建立了MMC的基本结构的基础上，对相间环流的成因、性质等做了详细的分析。
　　然后，针对传统环流抑制控制模型的结构复杂硬件成本高的缺点，设计了一种无锁相环结构的MMC控制系统，该系统既满足了MMC主控制电路设计需求，也能够运用于MMC环流抑制控制器的设计。这种无锁相环结构控制系统的设计，有效地减少了系统的参数选取，同时实现系统有功、无功的独立解耦控制。通过仿真分析，证明了设计的环流抑制控制器的有效性，降低了MMC系统的复杂程度。
　　最后，针对传统的数学模型偏向理想化线性化的特点，基于微分平坦理论推导出一种环流抑制控制模型。结合MMC相间环流的产生本质，根据微分平坦理论的定义，选取系统的输入，输出和状态量，证明了设计出的环流抑制控制器满足微分平坦理论的条件。基于该理论设计的环流抑制控制器，能够大大降低桥臂电流中的环流分量，使其更接近正弦波。最后通过Matlab/Simulink搭建了相应的MMC仿真模型，在未影响MMC外部电压电流的情况下，仿真结果证明了该环流抑制控制模型的有效性，为环流抑制控制器的设计提供了一种非线性化的新思路。