论文部分内容阅读
近年来,柔性直流输电技术的工程化应用,对于建立经济、环保、先进的智能输配电系统以及提高电网安全稳定水平具有至关重要的意义。模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借拓扑结构和输出特性的明显优势,逐渐受到学术界和工程界的关注,在柔性直流输电领域得到了广泛的应用。本文主要针对基于MMC的高压直流输电系统(MMC Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)的交、直流侧故障下的暂态特性分析以及相应的控制策略进行研究,通过机理建模分析和实时仿真验证相结合的方法进行了以下几个方面的研究:(1)详细分析了 MMC变换器的拓扑结构、基本工作原理,建立了 MMC主电路基于开关函数的数学模型,在此基础上给出了适合柔性直流输电的载波移相调制、子模块均压控制以及环流抑制策略。建立了 MMC-HVDC系统的物理模型和数学模型;重点以三层控制为基础,详细阐述MMC-HVDC系统的控制方法和控制目标,给出了控制器的具体设计方案,为后面的故障分析建立了理论基础。(2)对MMC-HVDC系统直流侧三种故障单极接地故障、双极短路故障和断线故障的故障机制进行了深入研究,采用了可以忽略暂态过程中子模块投切实时数量变化的电路模型分析方法,对直流侧三种典型故障等值电路模型进行研究,对MMC-HVDC系统故障机理进行分析,应用RT-LAB双端有源系统仿真模型对机理建模分析的结果进行验证。为合理设计直流故障的保护控制策略提供了理论依据。(3)围绕直流侧故障下的控制策略:一是基于虚拟阻抗的过电流抑制方法,在不影响系统的稳态运行的前提下,可以有效降低过电流水平。二是基于改进子模块拓扑的故障清除方法,分析了各类具有直流故障自清除能力的典型MMC子模块拓扑结构,从隔离速度角度对子模块关键性能进行了数学建模与仿真分析。(4)对MMC-HVDC系统交流侧三种典型故障的暂态特性进行简要分析。通过对MMC-HVDC系统交流侧的三种故障机理的分析,推导了故障电压、电流的数学表达式,对系统交流侧故障机理进行分析,应用RT-LAB双端有源系统仿真模型对机理建模分析方法和分析结果的正确性、有效性进行了验证。(5)针对交流侧故障下的低电压穿越技术,对电网侧故障下的控制策略进行了分析,研究了一种正负序分离技术;推导了不同控制目标下的通用的参考电流指令计算公式,之后进行了控制系统设计;关于不同控制目标下的不平衡控制方案对MMC的影响进行了分析比较。仿真结果验证了理论分析的正确性。