基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制策略研究.pdf

1、模塊化多電平換流器(MMC)是近年來提出的應(yīng)用于VSC-HVDC的新型拓撲結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)VSC-HVDC采用的兩電平、三電平換流器拓撲結(jié)構(gòu)相比，MMC不僅具有其原有優(yōu)點，而且采用的是模塊化設(shè)計。針對不同的電壓等級場合，可通過調(diào)節(jié)串聯(lián)的子模塊數(shù)來改變輸出電平的大小。在電平數(shù)很大的情況下，不但使子模塊的開關(guān)頻率得到下降，而且大大降低輸出諧波的大小而無需交流濾波器，十分適用于VSC-HVDC系統(tǒng)。
　　本文對模塊化多電平換流器的拓撲結(jié)構(gòu)及

2、工作原理進行了詳細分析。從橋臂能量平衡的角度推導分析了子模塊電容電壓不平衡的原因。定義了平均開關(guān)狀態(tài)，對子模塊直流電容電流及橋臂電壓波動原理進行了分析，得到了相間二倍頻環(huán)流產(chǎn)生的原因以及表達式。設(shè)計了結(jié)合排序法的最近電平調(diào)制策略實現(xiàn)子模塊電容電壓的均衡控制，并進行了仿真驗證。對橋臂電流及環(huán)流進行了傅里葉分析，通過其頻譜圖驗證了對橋臂電流中環(huán)流大小及組成成分的分析。設(shè)計了疊加了三相橋臂能量均分控制分量的基于載波移相的均壓調(diào)制策略，該策略在

3、實現(xiàn)子模塊均壓控制的同時有效的抑制了環(huán)流。通過交流側(cè)單相接地故障仿真，驗證了采用三相橋臂能量均分控制比單相橋臂能量均分控制具有更好的抗干擾能力。對比了采用最近電平調(diào)制和載波移相調(diào)制策略下MMC電平數(shù)及控制器頻率與MMC輸出電壓諧波含量的關(guān)系。
　　分別建立了MMC-HVDC在三相靜止坐標系及dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，并在dq坐標系下對直接電流控制器的外環(huán)及內(nèi)環(huán)控制器進行了設(shè)計。利用PSCAD仿真軟件，建立了兩端21電平的MMC-

4、HVDC仿真模型，仿真驗證了控制器具有良好的解耦特性及快速的動態(tài)響應(yīng)能力。
　　根據(jù)MMC-HVDC數(shù)學模型的特點以及無差拍控制在數(shù)字控制中的優(yōu)點，對MMC-HVDC系統(tǒng)換流站的數(shù)學模型進行離散化，設(shè)計了在三相靜止坐標系下的無差拍解耦控制策略。仿真驗證該策略在具有良好的解耦特性及快速的動態(tài)響應(yīng)特性的同時，由于減少了控制器的坐標變換次數(shù)及PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，控制器的運算量及復雜程度得到降低，便于數(shù)字控制器的設(shè)計與實現(xiàn)。
　　根據(jù)多端