模块化多电平换流器控制策略研究及控制器样机开发

摘要

基于模块化多电平换流器(modularized multilevel converter，MMC)的高压直流输电(high-voltage direct current，HVDC)是电压源换流器(voltage sourcedconverter, VSC)直流输电技术向高电压大功率方向发展的最新成果，在电力工业界和学术界收到广泛关注，能够应用于风能、太阳能发电并网、城市供电、无源电网供电和异步电网互联等场合。
　　MMC实物仿真因其更接近实际工程，在工程规划设计、控制装置的闭环测试和工程运营过程中都有重要的应用。电平数较多的MMC-HVDC换流系统中包含大量高频开断的开关器件，其多模块的拓扑结构和复杂的协调控制导致基于纯物理装置的仿真实验建模面临诸多困难。本文在研究MMC-HVDC系统控制策略的基础上，设计了一种MMC-HVDC控制器并开发出样机，建立了基于实时数字仿真器（real time digital simulator, RTDS）和物理控制装置的半实物混合仿真平台。其中，一次系统采用2.5微秒步长，能实现上百电平MMC系统的高精度仿真。控制器采用了多核技术，将并行的阀控部分分配在不同核之间，满足了实时控制的要求。最后，基于本文所建平台进行了多项稳态和暂态实验，对平台实验能力和控制器的合理性进行验证。结果表明，该平台可灵活实现不同调制和控制策略，各项控制目标响应迅速且跟踪准确。所建立实验平台可以用于主电路设计论证、控制策略研究测试、控制器参数优化以及柔性直流系统同大电网的交互研究等领域。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 柔性直流输电的发展

1．3 柔性直流输电理论基础

1．3．1 柔性直流输电的基本原理

1．3．2 柔性直流输电换流器拓扑形式

1．4 MMC-HVDC的国内外研究动态

1．5 本文主要工作

第2章 模块化多电平换流器控制策略研究

2．1 MMC数学模型

2．1．1 稳态数学模型

2．1．2 MMC的开关函数模型

2．2 MMC-HVDC控制策略

2．2．1 MMC-HVDC换流站控制

2．2．2 MMC-HVDC阀级控制

2．3 本章小结

第3章 模块化多电平控制器样机开发

3．1 半实物仿真技术

3．2 半实物实验平台配置

3．3 控制器样机的设计

3．3．1 控制器结构

3．3．2 控制器的工作时序

3．3．3 控制策略的实现

3．4 本章小结

第4章 基于半实物仿真平台的MMC仿真分析

4．1 实验平台配置

4．2 稳态实验

4．3 环流抑制实验

4．4 功率和电压阶跃实验

4．5 故障实验

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢