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随着现代电力电子技术的发展,基于可关断器件和脉冲宽度调制(PWM)技术的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)应运而生。尤其是基于模块化多电平换流器(MMC)柔性直流输电技术的提出,为城区配电网的增容改造、光伏发电并网等提供了新思路,对其调制技术和控制策略的研究具有深刻意义。但是作为一项新兴研究课题,存在着SM电容电压不均衡、环流干扰等问题。因此,本文以MMC作为研究对象,主要内容如下:(1)本文首先分析了MMC的拓扑结构,与传统的VSC相比,其具有诸多优势。然后从结构上分析了MMC及其子模块的工作原理,建立了方便分析的等效数学模型。最后根据MMC拓扑结构的特点,通过比较发现在多电平高电压情况下,最近电平逼近(NLM)调制方式具有较大的优势。(2)针对子模块电容电压不平衡问题,本文采用稳定控制和平衡控制相结合的控制方式。在稳定控制中,建立稳定的数学模型,在平衡控制中,提出了一种分块区域控制策略。首先由排序的复杂度和均压控制效果确定分块区域的数目,然后根据桥臂电流大小和需投SM个数,从分块区域内选择相应的SM投入,最后引入分块区域的重新划分判据以减少计算量。(3)MMC-HVDC各桥臂之间存在一定的环流,直接影响系统的稳定性。为了抑制环流,首先根据环流中二倍频分量特性,建立两相旋转坐标系下MMC的环流数学模型。然后设计能够抑制环流的比例谐振控制器(PR controller),并在此基础上增加桥臂电流反馈环节,优化了PR控制器的性能,提高了环流快速抑制能力。(4)阐述了MMC柔性直流输电系统控制的分层控制原理,并利用矢量控制技术在旋转坐标系(dq坐标系)下建立换流器数学模型,简化了模型。在此基础上设计了双闭环控制系统,能够对无功功率和有功功率独立控制。(5)在PSCAD/EMTDC环境下搭建21电平MMC系统仿真模型,通过对仿真结果分析,验证了所提出的子模块电容电压分块均压控制法具有稳定电压波动的作用,降低了IGBT的开关损耗;同时优化了PR控制器,提高了系统的稳定性和环流快速抑制能力;最后设计的双闭环控制系统具有良好的动态响应能力和稳态运行能力。