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随着化石能源的日益枯竭与环境的污染,光伏发电、风电等可再生清洁能源逐渐受到人们的重视,并取得了一定的发展,但仍受限于我国清洁能源主要分布于西部而电力负荷主要分布于中东部的地域差异,这使得高压直流输电的需求日益迫切。而基于传统两电平、三电平换流器的输电系统难以满足远距离、大容量、特高电压直流输电的需求。模块化多电平换流器(MMC)以其高转换效率、低谐波畸变率、低系统损耗的特点,具有广阔的发展前景。但相对于传统换流器,MMC的结构和工作原理更复杂,前者的控制方法不再对后者适用,因此进一步研究基于MMC的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)的运行特性、优化控制策略对于我国清洁能源并网消纳和建成能源互联网具有十分重要的意义。本文主要研究了以下内容:1、详细介绍了 MMC-HVDC系统及其子模块的结构和工作原理,推导了系统的数学模型,分析了系统相间环流的成分。2、针对基于排序算法的MMC-HVDC子模块电容器电压均衡控制策略的时间复杂度高的问题以及电压均衡控制并不需要确定所有子模块电压的高低顺序的特点,提出一种基于改进桶排序的均压控制方法,通过减少不必要的排序来降低均压策略的时间复杂度,实现良好的均压控制效果。3、针对模型预测控制应用于MMC-HVDC系统时由于滚动优化次数很多,控制系统计算量大,导致难以实现实时控制以及多被控变量的代价函数权重选择缺少统一标准、固定的权重适应性不强等问题,提出了一种基于子模块电容器电压桶排序的分层模型预测控制方法,通过分层的模型预测控制结构和桶排序算法降低控制系统的计算任务,通过将被控变量分离进行控制,避免了代价函数权重值的选取,使控制系统具有更好的适应性。4、针对现有的MMC-HVDC模型预测控制策略仍需要外环PI控制器,限制了模型预测控制快速响应特性的问题,以及外环PI控制器参数整定要求高的问题,提出了一种结合外环模糊PI控制器的模型预测控制策略。根据外环控制器的PI参数特性,设计了外环模糊控制器,实现控制参数实时整定,可以提高系统的暂态性能,降低对系统初始参数调节的精度要求。5、在PSCDA/EMTDC下搭建了单臂200个子模块的背靠背MMC-HVDC系统,仿真验证了提出的各个方法的有效性与优越性。