模塊化多電平換流器型高壓直流輸電的啟動(dòng)控制策略研究.pdf

1、基于電壓源換流器的高壓直流輸電(Voltage source converter-high voltage direct current，VSC-HVDC)采用全控型電力電子器件IGBT，取代常規(guī)直流輸電中構(gòu)成換流器結(jié)構(gòu)的半控型器件晶閘管。該技術(shù)突出了全控型電力電子器件、電壓源換流器和脈沖寬度調(diào)制三大技術(shù)特點(diǎn)，解決了常規(guī)直流輸電中存在的波形質(zhì)量較差、需要無功補(bǔ)償、不能向無源系統(tǒng)供電等諸多瓶頸。目前已投入運(yùn)行的VSC-HVDC系統(tǒng)大多采用

2、兩電平或三電平換流器，通過功率器件串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)高電壓和大容量，卻存在串聯(lián)器件難以均壓和開關(guān)損耗較大等問題。
　　模塊化多電平換流器(Modular multilevel converter，MMC)是應(yīng)用于高壓直流輸電的一種新型電壓源換流器拓?fù)?，每個(gè)橋臂由多個(gè)彼此獨(dú)立子模塊(Sub-module，SM)串聯(lián)而成，子模塊由IGBT和電容構(gòu)成。在系統(tǒng)正常運(yùn)行前需對(duì)SM進(jìn)行預(yù)充電，使電容電壓和直流母線電壓由零上升到額定值，以完成MMC-

3、HVDC系統(tǒng)的啟動(dòng)。MMC-HVDC的啟動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的暫態(tài)過程，合適的控制方式對(duì)提高啟動(dòng)速度、增強(qiáng)穩(wěn)定性、抑制過電流和過電壓至關(guān)重要。
　　本文闡述了利用外部直流電源從直流側(cè)進(jìn)行預(yù)充電的方式，即他勵(lì)模式，指出了這種方式存在的諸多不足。為了彌補(bǔ)這些弊端，本文介紹了MMC的工作原理，推導(dǎo)了MMC啟動(dòng)時(shí)的電壓、電流和功率方程，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和等值電路，為啟動(dòng)控制策略的研究和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了必要的理論依據(jù)。
　　在詳細(xì)分析

4、MMC啟動(dòng)動(dòng)態(tài)過程的基礎(chǔ)上，本文提出了利用交流電網(wǎng)從交流側(cè)對(duì)SM進(jìn)行預(yù)充電的控制方式，即自勵(lì)模式，并將此過程分為不可控和可控兩個(gè)階段。給出了最小限流電阻的選擇方式，既避免了沖擊電流又最大限度地減弱了電阻對(duì)啟動(dòng)速度的影響;不可控階段結(jié)束點(diǎn)電壓低于理論終值，避免了后期電壓緩慢上升的過程;可控階段基于載波移相調(diào)制(Carrier phase shifted modulation，CPSM)，提出了電流控制、電壓控制和子模塊平衡控制策略。在實(shí)現(xiàn)