【摘 要】
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化石能源的过度燃烧,引起了全球气候变暖、生态环境破坏等问题,清洁能源的高效使用可有效解决此类难题。近年来,为了将清洁能源机组接入到电网中,国内外科研人员提出了多端柔性直流输电的概念。与传统的交流输电系统和高压直流输电系统相比,多端柔性直流输电系统具有如下优势:谐波水平低,电压质量高;可独立控制换流站的有功功率与无功功率;不存在换相失败和无功补偿的问题,能为无源负载供电等。因此,柔性直流输电技术广泛
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化石能源的过度燃烧,引起了全球气候变暖、生态环境破坏等问题,清洁能源的高效使用可有效解决此类难题。近年来,为了将清洁能源机组接入到电网中,国内外科研人员提出了多端柔性直流输电的概念。与传统的交流输电系统和高压直流输电系统相比,多端柔性直流输电系统具有如下优势:谐波水平低,电压质量高;可独立控制换流站的有功功率与无功功率;不存在换相失败和无功补偿的问题,能为无源负载供电等。因此,柔性直流输电技术广泛应用于区域直流输电系统的建设中。多端柔性直流输电系统的研究主要包括故障特性分析、保护定值设定、控制策略的研究和系统的拓扑结构等。本文主要对系统的拓扑结构、协调控制、故障保护和故障定位四个方面进行研究,具体内容如下:（1）在现有的研究基础上,归纳了多端柔性直流输电系统不同类型的拓扑结构和主接线方式,并对其使用场景和优劣进行了说明。研究了模块化多电平换流器的工作原理和调制方式,确定了不同时刻下,各相上、下桥臂需投入运行的子模块数量,并详述了电气参数的设计方式,为暂态建模提供了理论依据。（2）根据基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（Modular Multilevel Converter based Multi-Terminal Direct Current,MMC-MTDC）系统的分层控制策略,将系统分为系统级控制层、换流站级控制层和换流站级阀组层三个部分,并对其控制原理进行了分析。重点研究了系统级控制策略,提出了一种协调控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真软件上搭建了四端环形真双极多端柔性直流输电系统的暂态模型,在不同的场景下,验证了该协调控制策略的有效性。（3）重点研究了系统直流侧的故障（单极接地故障和双极短路故障）特性,提出一种包括启动、保护、分区、选极四个部分的故障保护方法,并在四端环状真双极MMC-MTDC系统的暂态模型中,验证了该保护策略的可行性。（4）分析了双端与单端行波测距原理,介绍了希尔伯特-黄变换的基本概念。为减小故障测距的误差,针对MMC-MTDC系统直流侧故障,提出了结合经验模态分解与双端行波测距的故障定位策略。该方法通过采集故障线路两端直流电流的变化,用经验模态分解获取故障行波的波头信息,进而实现故障定位。最后,在本文所搭建的四端环状柔性直流输电系统中,与小波变换测距对比,验证了该故障定位策略的精确性。
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