級(jí)聯(lián)式多電平變流器控制與保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、級(jí)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(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)，直流側(cè)電容波動(dòng)大，電容選取缺乏依據(jù)，控制策略設(shè)計(jì)也缺乏參考;且在電網(wǎng)及CMC系統(tǒng)異常條件下，其運(yùn)行工況，故障特征更為復(fù)雜，傳統(tǒng)的控制、保護(hù)策略難以滿足應(yīng)用要求。因此，論文針對(duì)級(jí)聯(lián)式多電平變流器控制、保護(hù)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(shí)，電容電壓波動(dòng)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(shí)各級(jí)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(dòng)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(shí)，實(shí)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(dòng)規(guī)律和控制策略，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)證明了所設(shè)計(jì)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(shí)CMC的控制方法。電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，針對(duì)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(cuò)BOOST直流變換通道的全新低電壓穿越方案，設(shè)計(jì)開發(fā)了樣機(jī)，并在某些電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越工程中得到了成功應(yīng)用。針對(duì)CMC系統(tǒng)功率單元故障，分析了CMC不同應(yīng)用場合下容錯(cuò)控制方法設(shè)計(jì)

4、時(shí)的考慮因素及其適用范圍。提出了一種新的量測(cè)單元故障下的容錯(cuò)及系統(tǒng)重構(gòu)控制策略，該方法通過三相測(cè)量電壓交錯(cuò)生成后加權(quán)平均，最大程度地減小了故障相電壓為零時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所提容錯(cuò)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(hù)方案。論文針對(duì)CMC結(jié)構(gòu)，提出了多端柔性直流系統(tǒng)保護(hù)分區(qū)方案，并分析了站內(nèi)交流母線保護(hù)區(qū)和換流器保護(hù)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(jìn)行電抗器匝間短路保護(hù)新原理的可行性。進(jìn)一步，結(jié)合保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，提出了CMC多端柔性直流換流站主保護(hù)和后備保護(hù)配置方案，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程中。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方案的合理性。
　　針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的CMC控制保護(hù)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(hù)平臺(tái)。在分析通用控制保護(hù)平臺(tái)的功能需求及平臺(tái)設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，從功能實(shí)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