基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统建模与仿真

摘要

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)模块化水平高，易于制造，开关频率低损耗低，阶跃电压小，输出波形质量高，子模块冗余特性运行可靠性高，因此适用于模块化多电平柔性直流输电系统（Modular Multilevel Converter Based HVDC，MMC-HVDC）。由于MMC-HVDC提出较晚，传统的两电平、三电平电压源换流器控制方式不能完全运用到MMC中，因此对MMC-HVDC系统数学建模、控制策略以及降低子模块电容电压开关损耗方面的研究十分有意义。
　　首先，分析了电压源换流器工作原理和MMC-HVDC控制策略。主要是电压源换流器拓扑结构，MMC基本工作原理，载波移相调制和最近电平逼近调制的理论分析和验证，最终选取最近电平逼近调制。推导出MMC-HVDC数学模型，研究MMC-HVDC各级控制策略和启动控制策略，为PSCAD仿真模型搭建提供理论基础和依据。
　　其次，根据数学模型在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建双端有源MMC-HVDC模型，包括换流站级内环直接电流解耦控制模块，依据最近电平逼近的阀级控制模块，在PSCAD中创建自定义的子模块均压控制模块，采用基于差异系数分散性的快速排序状态投切均压控制策略并建立模块，以及启动保护模块，仿真结果表明所定义的均压模块能够显著降低开关频率和开关损耗。
　　最后，对双端有源MMC-HVDC模型进行仿真分析，包括MMC直流侧单极接地故障、功率阶跃、直流电压阶跃和潮流反转响应，仿真结果与理论分析相符，该模型有功阶跃和直流电压阶跃响应符合DL/T1526-2016动态性能测试标准。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 VSC-HVDC的应用领域与典型工程

1.4本文的主要研究内容

2电压源换流器工作原理和调制方式

2.1电压源换流器结构概述

2.2MMC基本工作原理

2.3MMC的调制策略

2.4调制策略仿真与分析

2.5本章小结

3柔性直流输电系统控制策略

3.1MMC-HVDC基本原理

3.2MMC-HVDC数学模型

3.3MMC-HVDC控制策略

3.4MMC-HVDC启动控制策略

3.5本章小结

4MMC-HVDC系统的PSCAD仿真模型

4.1双端MMC-HVDC模型概述

4.2 MMC-HVDC换流站级控制模型

4.3 MMC-HVDC 阀级控制模型

4.4 MMC-HVDC 启动控制模型分析

4.5 本章小结

5 MMC-HVDC 系统的PSCAD仿真分析

5.1 直流线路单极接地故障分析

5.2 阶跃响应分析

5.3 潮流反转响应分析

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 总 结

6.2 展 望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果