級聯(lián)式多電平變流器控制與保護技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、級聯(lián)式多電平變流器(Cascade Multilevel Converter，CMC)具有結(jié)構(gòu)模塊化、冗余程度高、易于擴展等優(yōu)點，已得到了極大關(guān)注。然而，在其寬頻帶范圍，尤其是低頻電流輸出時，直流側(cè)電容波動大，電容選取缺乏依據(jù)，控制策略設(shè)計也缺乏參考;且在電網(wǎng)及CMC系統(tǒng)異常條件下，其運行工況，故障特征更為復(fù)雜，傳統(tǒng)的控制、保護策略難以滿足應(yīng)用要求。因此，論文針對級聯(lián)式多電平變流器控制、保護技術(shù)開展研究，主要工作及創(chuàng)新性成果如下:

2、>　　提出了寬頻帶輸出范圍下的CMC控制策略。CMC寬頻帶，尤其是低頻電流輸出時，電容電壓波動幅度大，采用常規(guī)工頻控制方法，存在輸出電流諧波含量大，小電流輸出時各級聯(lián)單元電壓不平衡的問題，因此，在揭示了CMC直流側(cè)電容電壓波動規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于寬頻帶電流輸出的CMC電容電壓穩(wěn)定、電流跟蹤及單元均壓控制方法，在寬頻帶電流準(zhǔn)確跟蹤的同時，實現(xiàn)了直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定與平衡控制;根據(jù)所提出的電壓波動規(guī)律和控制策略，設(shè)計并開發(fā)了CMC

3、低頻電流發(fā)生器，并應(yīng)用于某電廠次同步諧振抑制中，通過現(xiàn)場實驗證明了所設(shè)計控制策略及系統(tǒng)的有效性。
　　提出了電網(wǎng)故障和CMC系統(tǒng)本身故障等異常工況時CMC的控制方法。電網(wǎng)電壓跌落時，針對許多交流器存在無低電壓穿越能力的問題，提出了一種基于三重并聯(lián)交錯BOOST直流變換通道的全新低電壓穿越方案，設(shè)計開發(fā)了樣機，并在某些電廠輔機變頻器低電壓穿越工程中得到了成功應(yīng)用。針對CMC系統(tǒng)功率單元故障，分析了CMC不同應(yīng)用場合下容錯控制方法設(shè)計

4、時的考慮因素及其適用范圍。提出了一種新的量測單元故障下的容錯及系統(tǒng)重構(gòu)控制策略，該方法通過三相測量電壓交錯生成后加權(quán)平均，最大程度地減小了故障相電壓為零時對系統(tǒng)的影響。仿真與實驗結(jié)果表明了所提容錯控制方法的可行性與有效性。
　　在典型故障特性分析的基礎(chǔ)上，提出了多端CMC柔性直流系統(tǒng)保護方案。論文針對CMC結(jié)構(gòu)，提出了多端柔性直流系統(tǒng)保護分區(qū)方案，并分析了站內(nèi)交流母線保護區(qū)和換流器保護區(qū)內(nèi)典型故障下的故障特性，探討了站內(nèi)交流母線故

5、障放電原理及基于諧波畸變率進行電抗器匝間短路保護新原理的可行性。進一步，結(jié)合保護系統(tǒng)設(shè)計原則，提出了CMC多端柔性直流換流站主保護和后備保護配置方案，并將其應(yīng)用于實際工程中?，F(xiàn)場實驗結(jié)果驗證了所提方案的合理性。
　　針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的CMC控制保護系統(tǒng)通用性水平較差的問題，開發(fā)了一種新型CMC通用集成控制保護平臺。在分析通用控制保護平臺的功能需求及平臺設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，從功能實現(xiàn)和設(shè)備控制的角度出發(fā)，提出了合理且通用的CMC控制保