模块化多电平换流器控制策略改进和控制参数优化

摘要

模块化多电平换流器作为新兴的电压源换流器，具有模块化结构，输出波形谐波含量低，有功无功独立控制等优点，适合于新能源并网，孤岛供电，大型城市供电等场合。随着电压等级和输电容量的升高，模块化多电平换流器的子模块个数也随之大幅度的提高。这使得，模块化多电平换流器在电磁暂态仿真建模、子模块电容电压均衡控制以及控制参数优化方面遇到了巨大的挑战。为此，本文以建立电磁暂态高效仿真模型为基础，对模块化多电平换流器的电容电压均衡控制和控制参数进行了分析和研究。
　　1.针对大规模模块化多电平换流器仿真效率低的问题，首先分析了子模块拓扑的运行特性。建立了一端口戴维南详细等效模型，同时为了克服PSCAD/EMTDC不提供插值计算接口的困难，引入了二极管以提高仿真精度。为了进一步提高仿真效率，基于平均等效概念建立了一种开关函数模型。在PSCAD/EMTDC中对比了详细器件搭建的模型和本文提出的两种模型，验证了提出模型的仿真精度和仿真效率。
　　2.为了在电容电压偏差允许值之内，尽量减少开关器件的开关频率和控制算法耗时，提出了基于分类改进的MMC电容电压均衡控制策略。该方法，根据电容电压和上一次的投入状态对电容进行分类，大大减少了参与排序的电容个数，有效减少了开关频率，并保证电容电压的均衡。通过在PSCAD/EMTDC下，对比分析了多种电容电压均衡控制策略，验证了改进方法的有效性。
　　3.分析了模块化多电平换流器控制策略，为了适应模块化多电平换流器控制参数优化，加入状态评估来动态适应运动参数，以改进多目标粒子群算法。然后采用改进算法，以电磁暂态仿真程序仿真结果为适应值，对控制参数进行了优化。最后在PSCAD/EMTDC中仿真验证了改进算法在模块化多电平换流器控制参数优化中的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 模块化多电平换流器输电技术

1．2．1 模块化多电平换流器拓扑结构

1．2．2 模块化多电平换流器控制系统

1．3 模块化多电平换流器研究现状

1．3．1 模块化多电平换流器电磁暂态仿真建模的研究

1．3．2 模块化多电平换流器电容电压均衡控制的研究

1．3．3 模块化多电平换流器控制参数优化的研究

1．4 本文主要工作

第2章 基于PSCAD／EMTDC的大规模MMC高效仿真建模方法

2．1 MMC子模块拓扑及其工作特性

2．1．1 MMC子模块拓扑

2．1．2 不同拓扑子模块工作特性

2．2 MMC高效仿真建模方法

2．2．1 基于戴维南定理的等效详细模型

2．2．2 闭锁状态与正常状态切换的处理

2．2．3 基于平均等效的开关函数模型

2．3 算例验证

2．3．1 仿真精度

2．3．2 仿真速率

2．4 本章小结

第3章 基于分类改进的MMC电容电压均衡控制策略

3．1 MMC子模块均压控制策略研究

3．1．1 子模块电容电压均衡控制机理分析

3．1．2 子模块电容电压均衡控制性能指标分析

3．2 改进的电容电压均衡控制

3．2．1 电容分类

3．2．2 分类优先排序

3．2．3 确定排序类

3．2．4 选择电容投入

3．2．5 整体控制策略

3．3 仿真验证

3．4 本章小结

第4章 模块化多电平换流器控制参数优化

4．1 MMC控制系统

4．1．1 控制系统结构

4．1．2 电压功率控制模块

4．1．3 环流抑制模块

4．1．4 调制模块和电容电压均衡模块

4．2 基于进化状态的多目标粒子群算法

4．2．1 多目标优化问题

4．2．2 自适应网格多目标粒子群算法

4．2．3 多目标粒子群算法的改进

4．3 基于粒子群算法的控制参数优化

4．3．1 控制参数的评价函数

4．3．2 适应值计算

4．3．3 参数优化流程

4．4 仿真分析

4．4．1 MMC仿真模型

4．4．2 算法优化性能分析

4．4．3 优化后参数控制效果对比

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢