基于全桥MMC的柔性直流输电系统控制策略与故障隔离

摘要

模块化多电平换流器具有模块化设计、谐波性能好等诸多优点，已经成为目前电压源换流站拓扑的主要技术方案。控制策略和故障隔离方法是基于MMC的柔性直流输电技术的两大核心问题，是保证整个输电系统安全稳定运行的关键所在，本文采用理论分析加数字仿真的研究手段，以全桥子模块(FBSM)为基本拓扑单元，对双端MMC-HVDC系统的控制策略和直流故障隔离方法进行了研究。
　　本文首先介绍了柔性直流输电技术的发展，并归纳总结了现阶段国内外关于基于MMC的柔性直流输电(MMC-HVDC)技术的研究现状，阐述了本文的研究意义。
　　其次分析了FBMMC拓扑结构、工作原理以及运行特性，建立了数学模型，确定了本文的调制策略，同时对MMC的基本参数进行了分析设计，作为仿真依据。
　　然后对MMC-HVDC系统的控制策略进行了重点研究，建立了内外环控制器;针对子模块电容电压的波动机理，确定了电容电压平衡控制策略;根据环流的产生及抑制机理，给出了对应的相间环流抑制控制策略;结合最近电平逼近调制策略，给出了FBMMC包括调制模块、电容均压模块以及IGBT轮换导通模块的触发控制系统;研究了他励式启动和自励式启动两种系统启动控制方案;在PSCAD/EMTDC中搭建了双端21电平全桥MMC-HVDC系统仿真模型，对系统的启动、正常运行以及各个控制策略进行了仿真分析。
　　最后分析了HBMMC的故障机理;研究了直流故障隔离方法，主要分为直流断路器隔离法、交流断路器隔离法以及基于换流器自身的隔离方法，重点研究了换流器故障自清除隔离法，采用具有隔离直流故障能力的FBSM为基本拓扑，对FBMMC-HVDC系统隔离直流故障电流的机理和控制策略进行了研究;在PSCAD/EMTDC中所搭模型上仿真验证了其直流故障隔离能力。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 柔性直流输电发展概述

1．3 MMC-HVDC的研究现状

1．4 本文主要工作

2 模块化多电平换流器

2．1 MMC拓扑结构

2．2 MMC工作原理

2．2．1 子模块工作原理

2．2．2 三相MMC工作原理

2．3 MMC的调制策略

2．3．1 调制方式的选择

2．3．2 MMC的最近电平逼近调制

2．4 MMC基本参数设计

2．4．1 子模块数目的确定

2．4．2 子模块电容的确定

2．4．3 桥臂电抗的确定

2．5 小结

3 MMC-HVDC的控制策略

3．1 MMC的数学模型

3．2 MMC控制器

3．2．1 内环电流控制器

3．2．2 外环功率控制器

3．3 MMC电容电压平衡控制与相间环流抑制

3．3．1 子模块电容电压波动原理

3．3．2 电容电压平衡控制策略

3．3．3 MMC相问环流产生机理

3．3．4 MMC相间环流抑制策略

3．4 MMC触发控制系统

3．5 MMC启动控制

3．5．1 借助辅助电源的他励式启动

3．5．2 依靠交流系统的自励式启动

3．6 仿真分析

3．7 小结

4 直流故障隔离方法

4．1 HBMMC直流侧故障机理

4．2 故障清除方法

4．3 基于FBMMC隔离直流故障

4．3．1 FBMMC直流故障机理

4．3．2 FBMMC故障隔离控制策略

4．4 仿真分析

4．5 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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