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)、遠距離海上風電聯(lián)網(wǎng)、大型城市供電、交流電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)運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計等諸多優(yōu)點，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)和初步應用階段，其中的許

2、多科學問題和內(nèi)在規(guī)律尚未得到完全揭示，大量的基礎理論和工程技術(shù)問題還有待進一步深入研究。本文從MMC的基礎理論入手，對MMC內(nèi)部能量均衡控制，正常運行工況下MMC-HVDC系統(tǒng)的運行控制策略，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。
　　建立了基于開關函數(shù)的子模塊數(shù)學模型和MMC的數(shù)學模型。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、橋臂電流數(shù)學關系的基礎上，設計了MMC子模塊電容和橋臂電抗器參數(shù)選取方

3、法。通過推導MMC-HVDC交直流側(cè)電氣量的關系，給出了MMC-HVDC各種工作模式下交直流側(cè)的運行特性。仿真結(jié)果驗證了所建立數(shù)學模型的有效性。
　　針對子模塊非同時投入、切除導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系，揭示出子模塊電容電壓波動機理及電容電壓波動規(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)進行子模塊投切調(diào)整，保證了子模塊電容電壓均衡性，同時，

4、該方法有效降低了功率器件的開關頻率。仿真結(jié)果驗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)流關系的數(shù)學模型，揭示了MMC橋臂間環(huán)流產(chǎn)生的機理。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)流抑制的補償控制器，控制器以橋臂電壓期望值與實際值之差為控制量對橋臂參考電壓進行修正，使橋臂輸出的電壓為基波正弦量，進而抑制橋臂

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，同時減少子模塊電容電壓波動。
　　針對dq坐標系下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。設計了基于狀態(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