模塊化多電平換流器冗余控制策略研究.pdf

1、自基于電壓源型換流器（Voltage source converter，VSC）的高壓直流輸電技術(shù)（High voltage direct current，HVDC）出現(xiàn)以來(lái)，直流輸電的換流元件在不斷地革新。早期的HVDC都是采用兩電平或三電平換流器技術(shù)，由大量IGBT直接串聯(lián)成閥，雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但技術(shù)難度很大，并且損耗較高。
　　模塊化多電平換流器（Modular multilevel converter，MMC）是一種新型

2、的電壓源型換流器，有著高度模塊化的結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)冗余控制，開(kāi)關(guān)頻率低，輸出電壓波形良好，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于柔性直流輸電中（VSC-HVDC）。本文首先介紹了VSC-HVDC的發(fā)展背景以及最新工程應(yīng)用，介紹了幾種典型的多電平換流器及其優(yōu)缺點(diǎn)，分析了模塊化多電平換流器的研究現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了柔性直流輸電的優(yōu)點(diǎn)和采用MMC的柔性直流輸電（MMC-HVDC）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
　　本文結(jié)合MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型分析了其工作原理，針對(duì)

3、MMC的應(yīng)用特點(diǎn)，研究了MMC的矢量控制方法，并且研究了MMC常用的幾種調(diào)制策略，重點(diǎn)分析了本文所應(yīng)用的載波移相脈寬調(diào)制(Carrier phase shifted pulse width modulation，CPS-PWM）策略。MMC直流側(cè)的電壓主要由子模塊（Sub-module，SM）電容電壓支撐，子模塊的投切狀態(tài)決定MMC的工作狀態(tài)，為了防止故障子模塊影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須設(shè)定冗余子模塊，對(duì)冗余子模進(jìn)行一系列研究可使冗余系統(tǒng)發(fā)

4、揮最大效益。本文研究了模塊化多電平換流器的冗余結(jié)構(gòu)，分析了MMC冗余結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，研究了冗余子模塊數(shù)目的配置方法，以及子模塊常見(jiàn)的幾種故障情況以及保護(hù)開(kāi)關(guān)，并介紹了MMC的常用的幾種冗余保護(hù)方案，提出了新的MMC動(dòng)態(tài)冗余方案。結(jié)合MMC的動(dòng)態(tài)冗余情況，提出了MMC冗余運(yùn)行時(shí)的優(yōu)化調(diào)制方法。為抑制橋臂環(huán)流和子模塊電容電壓波動(dòng)，應(yīng)用了環(huán)流抑制策略以及優(yōu)化的電容電壓均衡控制策略。
　　最后，為了驗(yàn)證以上控制策略和冗余方案的