基于MMC的高壓直流輸電系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、柔性直流輸電技術(shù)在解決新能源發(fā)電聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電聯(lián)網(wǎng)、大型城市供電、交流電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)運(yùn)行等方面具有顯著優(yōu)勢，是未來具有發(fā)展前景的輸電方式。模塊化多電平換流器(MMC)因具有較低的電壓變化率和電流變化率，輸出諧波少，模塊化程度高，便于換流器的冗余設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為電壓源型換流器的主要發(fā)展方向之一，在高壓直流輸電中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　目前，基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電技術(shù)還處于工程技術(shù)研發(fā)和初步應(yīng)用階段，其中的許

2、多科學(xué)問題和內(nèi)在規(guī)律尚未得到完全揭示，大量的基礎(chǔ)理論和工程技術(shù)問題還有待進(jìn)一步深入研究。本文從MMC的基礎(chǔ)理論入手，對MMC內(nèi)部能量均衡控制，正常運(yùn)行工況下MMC-HVDC系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略，以及交流系統(tǒng)故障情況下MMC-HVDC系統(tǒng)的控制策略開展深入研究。
　　建立了基于開關(guān)函數(shù)的子模塊數(shù)學(xué)模型和MMC的數(shù)學(xué)模型。在分析穩(wěn)態(tài)和故障情況下元件參數(shù)與電容電壓波動(dòng)、橋臂電流數(shù)學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了MMC子模塊電容和橋臂電抗器參數(shù)選取方

3、法。通過推導(dǎo)MMC-HVDC交直流側(cè)電氣量的關(guān)系，給出了MMC-HVDC各種工作模式下交直流側(cè)的運(yùn)行特性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建立數(shù)學(xué)模型的有效性。
　　針對子模塊非同時(shí)投入、切除導(dǎo)致其電容電壓不均衡問題，通過分析及建立橋臂電流與子模塊電容電壓關(guān)系，揭示出子模塊電容電壓波動(dòng)機(jī)理及電容電壓波動(dòng)規(guī)律。提出了一種電容電壓均衡控制方法，該方法以換流器橋臂電流和子模塊電容電壓不平衡裕度為判據(jù)進(jìn)行子模塊投切調(diào)整，保證了子模塊電容電壓均衡性，同時(shí)，

4、該方法有效降低了功率器件的開關(guān)頻率。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的可行性和有效性。
　　提出了采用等效平均值求解子模塊電容電流和橋臂電流的方法，建立了子模塊電容電壓周期性變化引起的橋臂電壓偏差與橋臂間環(huán)流關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，揭示了MMC橋臂間環(huán)流產(chǎn)生的機(jī)理。提出了一種橋臂間環(huán)流抑制方法，在換流器控制系統(tǒng)中增加用于環(huán)流抑制的補(bǔ)償控制器，控制器以橋臂電壓期望值與實(shí)際值之差為控制量對橋臂參考電壓進(jìn)行修正，使橋臂輸出的電壓為基波正弦量，進(jìn)而抑制橋臂

5、間環(huán)流。仿真結(jié)果表明，該方法能夠有效抑制橋臂間環(huán)流，同時(shí)減少子模塊電容電壓波動(dòng)。
　　針對dq坐標(biāo)系下MMC-HVDC系統(tǒng)d軸分量與q軸分量存在交叉耦合的問題，建立了基于狀態(tài)反饋解耦的MMC-HVDC控制系統(tǒng)模型。設(shè)計(jì)了基于狀態(tài)反饋控制的MMC-HVDC雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)控制器采用狀態(tài)反饋方法實(shí)現(xiàn)了換流器dq軸電氣量解耦控制，外環(huán)控制器采用PI控制實(shí)現(xiàn)了MMC-HVDC系統(tǒng)有功控制量、無功控制量的穩(wěn)態(tài)無差控制。
　　建立了