基于模块化多电平换流器结构的HVDC Light系统的研究

摘要

轻型高压直流输电系统在解决交流系统非同步互联、向偏远地区的无源负荷供电、满足保护环境要求等方面具有很大的优势。在传统的基于两电平或三电平电压源型换流器的轻型高压直流输电系统中，换流器交流侧需要使用体积庞大和笨重的滤波装置，桥臂的高电压需要功率开关器件直接串联来实现等，增大了换流站的占地空间，降低了换流器的工作效率。 本文针对传统轻型高压直流输电系统所存在的缺点，采用一种新的模块化多电平换流器作为轻型高压直流输电系统的换流器。分析了模块化多电平换流器的工作原理，并提出将其应用于轻型高压直流输电系统的调制算法和控制策略。最后对控制系统的具体实现方案进行一定的探讨。通过仿真验证所提出的调制算法和控制策略的正确性。具体说来，全文的主要工作体现在以下几个方面： 1、详细讲述模块化多电平换流器的拓扑结构、子模块的具体实现形式及工作原理，并提出适合该换流器的调制算法。 2、详细介绍组成轻型高压直流输电系统的电压源型换流器的工作原理，分析电压源型换流器的间接电流和直接电流控制策略。 3、对基于模块化多电平换流器的轻型高压直流输电系统进行仿真，验证所提出控制策略的正确性。 4、探讨解决模块化多电平换流器子模块直流侧电容电压的均衡问题，提出一种较为简单有效的控制方法。 5、提出基于模块化多电平换流器结构的轻型高压直流输电控制系统的实现方法，并重点讲述子模块的数字逻辑电路的实现方法。

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文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1多电平换流器技术概述

1.1.1多电平换流器的拓扑结构

1.1.2多电平换流器的调制和控制技术

1.2 HVDC Light概述

1.2.1 HVDC的发展

1.2.2 HVDC Light系统的基本结构

1.2.3 HVDC Light的技术特点和研究现状

1.3模块化多电平换流器的结构和应用意义

1.3.1模块化多电平换流器的结构

1.3.2模块化多电平换流器的应用意义

1.4本文主要工作

第二章模块化多电平换流器

2.1模块化多电平换流器的拓扑结构

2.2模块化多电平换流器的工作原理

2.2.1子模块SM的工作原理

2.2.2三相模块化多电平换流器的工作原理

2.3模块化多电平换流器的控制算法

2.4模块化多电平换流器子模块直流侧电容电压均衡控制策略的研究

2.5模块化多电平换流器控制算法的仿真

2.6本章小节

第三章轻型高压直流输电系统

3.1电压源型换流器

3.2向无源网络供电的轻型高压直流输电系统结构

3.3整流器的控制策略

3.3.1整流器间接电流控制

3.3.2整流器直接电流控制

3.4逆变器的控制策略

3.5本章小节

第四章模块化多电平换流器在HVDC Light中的应用仿真

4.1模块化多电平整流器的仿真

4.1.1子模块直流侧为稳定直流电压源的情况

4.1.2子模块直流侧为电容的情况

4.2模块化多电平逆变器的仿真

4.2.1子模块直流侧是稳定直流电压源的情况

4.2.2子模块直流侧是电容的情况

4.3本章小节

第五章模块化多电平换流器设计方案的探讨

5.1子模块直流侧电容类型的选择

5.2多电平控制系统的硬件设计

5.2.1 DSP和CPLD芯片介绍

5.2.2控制系统的原理与设计

5.3模块化多电平换流器控制系统的软件设计

5.3.1 Altera公司的Quartus Ⅱ开发软件介绍

5.3.2子模块功能的CPLD实现

5.4本章小节

第六章总结与展望

6.1本文研究工作的总结

6.2今后的工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文