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近些年来,以全控器件为基础的电压源换流器高压直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current, VSC-HVDC)得到快速发展,国内将该技术命名为柔性直流输电(High Voltage Direct Current Flexible, HVDC-Flexible)模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)是VSC的一种拓扑结构,其换流阀是由多个子模块(Sub-Module, SM)串联构成,避免了大量器件的压接式串联,降低了对器件一致性的要求,并且在高电平的情况下,输出波形接近正弦波,节省了交流滤波器投资,以其巨大的优势在学术界引起巨大关注。但是,对于MMC的研究目前多是在理论计算和数字仿真的基础上进行的,关于物理模拟系统及控制器研究较少,且MMC的控制系统与其他VSC控制系统存在较大的差异,因此搭建一套完整的MMC-HVDC物理仿真系统进行MMC-HVDC控制保护研究显得格外重要。论文研制了MMC-HVDC物理模拟系统站级控制器以及监控系统,并且对基于该站级控制器的物理模拟系统进行了稳态及暂态实验,验证了站级控制器以及监控系统设计的正确性。首先对MMC-HVDC物理模拟系统站级控制器进行研究,站级控制器是MMC-HVDC控制系统的核心部分,与上位机、下层控制器协同配合实现柔性直流输电的可靠控制。对MMC-HVDC站级控制器主要功能进行分析,提出一种站级控制器硬件结构设计方案,并针对该硬件结构以及功能需求设计软件程序逻辑。然后对MMC-HVDC监控系统进行研究,监控系统主要包括数据采集部分以及上位机界面的制作。数据采集部分需要实现一次电气量的采集以及开关量状态的实时采集,一次电气量采用三级变换的数据采集方式,开关量状态利用RS485接口进行采集。上位机界面包括数据报表、开关控件、数据下发等功能,并且设计清晰的界面切换逻辑,使上位机具有良好的人机交互性。最后对MMC-HVDC物理模拟系统进行介绍,并对其进行稳态以及暂态实验,由稳态实验的结果可看出系统能够有效的跟踪上位机下发的有功类及无功类物理量,说明了控制器硬件以及软件设计的正确性,电压阶跃暂态实验的结果说明系统具有一定的动态响应能力。