【摘 要】
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模块化多电平柔性直流输电技术(MMC-HVDC)已成为一种新型的灵活输电方式,适合新能源并网、孤岛供电、特大型城市电网输配电、交流电网互联等多种应用场合。以半桥子模块(HBSM
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模块化多电平柔性直流输电技术(MMC-HVDC)已成为一种新型的灵活输电方式,适合新能源并网、孤岛供电、特大型城市电网输配电、交流电网互联等多种应用场合。以半桥子模块(HBSM)为基本拓扑单元的多电平换流器因为其使用元件器较少而被工程广泛使用。但是半桥型多电平换流器不具备直流故障隔离的能力,直流侧发生故障只能依靠交流侧交流断路器清除故障,系统恢复时间长,所以实际工程不得不选择造价昂贵的电缆作为输电介质,电缆直流侧发生故障必为永久性故障,必须停电检修。本文在半桥子模块的基础上加入旁路桥臂,使其能够应对架空线路频发的瞬时性故障。重点研究了在双端MMC-HVDC系统中基于混合旁路半桥子模块换流器直流故障保护及重合闸控制策略。本文首先对柔性直流输电技术的发展以及基于模块化多电平换流器(MMC)的基本运行原理进行介绍,并归纳总结了现阶段国内外对MMC-HVDC直流故障隔离方案的研究现状,阐述了本文的研究意义。其次分析了柔性直流输电的原理以及基于半桥子模块换流器的拓扑结构、工作原理、正常运行和直流故障运行特性,建立了数学模型,作为仿真依据。然后在PSCAD/EMTDC搭建双端21电平半桥MMC-HVDC系统仿真模型,建立了内外环控制器;根据环流的产生及抑制的原理,设计相对应的相间环流抑制控制器;设计双端MMC-HVDC系统无过流启动控制器;针对子模块电容电压的波动机理,建立了电容电压均压控方案,并结合最近电平逼近调制策略,设计了调制波生成模块、子模块电容电压均压模块以及生成IGBT触发脉冲的控制系统;对双端MMC-HVDC系统的自励启动控制、稳定运行、功率阶跃以及三种直流故障仿真分析。最后分析了基于混合旁路直流故障隔离机理和双晶闸管故障隔离机理,并对两种隔离方案进行对比,在PSCAD/EMTDC的仿真模型上验证了基于混合旁路直流故障隔离方案的快速性。重点研究了混合旁路直流故障保护及重合闸控制策略,设计一种具有小电流并且无过电压危害的重合闸方法,使架空线路柔性直流输电系统可以应对瞬时故障和永久故障,当直流端为永久性故障时,基于混合旁路的HBSM换流器解锁作STATCOM运行。并在PSCAD/EMTDC中所搭的模型上仿真验证了其直流故障保护及重合闸控制策略的可行性。
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