一種混合橋臂的MMC研究及物理實現(xiàn).pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，基于電壓源換流器的高壓直流輸電(VSC-HVDC)在世界范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。在遠距離大容量直流輸電領(lǐng)域，考慮到經(jīng)濟性因素需要采用架空線輸電。這樣，柔性直流輸電系統(tǒng)的直流故障保護問題就變得十分重要。在采用交流斷路器、直流斷路器、新型拓撲換流器幾種隔離直流故障的方法中，采用可箝位直流故障的換流器拓撲具有響應(yīng)速度快、投資少、不需額外附加設(shè)備等優(yōu)點，非常適用于兩端或多端直流輸電系統(tǒng)。在各種新型拓撲中，由半橋和全橋子模塊

2、組成的混合橋臂模塊化多電平換流器(MMC)拓撲，結(jié)合使用了目前最成熟的兩種子模塊拓撲，既降低了損耗，又保證了直流故障箝位的可靠性。
　　論文通過對通用MMC拓撲和半橋、全橋子模塊工作原理的分析，引出了橋臂混合MMC的拓撲;根據(jù)其等效電路的數(shù)學(xué)模型，分析了基于旋轉(zhuǎn)坐標系下的站級解耦控制策略和閥級調(diào)制及均壓策略，并計算了實現(xiàn)直流故障閉鎖所需的最小全橋子模塊比例;在PSCAD/EMTDC中搭建了雙端混合橋臂MMC仿真模型，驗證了穩(wěn)態(tài)和暫

3、態(tài)控制策略的合理性。
　　為更好地驗證混合橋臂MMC拓撲的工作特性，設(shè)計并搭建了一臺低壓原理性實驗樣機。首先，根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)的分層控制原理，結(jié)合實際需求，將控制系統(tǒng)分為了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、站控層、閥控層和子模塊層，根據(jù)各層功能劃分，確定功能實現(xiàn)的性能要求，選定合適的主控芯片及外圍輔助電路，設(shè)計并制作控制器板卡。然后，根據(jù)控制器功能要求和數(shù)學(xué)模型，畫出程序流程圖，并采用硬件描述語言實現(xiàn)相應(yīng)算法，仿真驗證各子程序模塊的全工況執(zhí)行情況

4、。之后，對系統(tǒng)在各種運行狀態(tài)下的控制器時序配合進行了分析，并采用計算深度的估算方法，對通訊速率提出了要求。最后，設(shè)計混合橋臂MMC一次系統(tǒng)參數(shù)并選定主設(shè)備型號，搭建實驗樣機。
　　為驗證混合橋臂MMC的工作特性，對低壓物理樣機進行了穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)控制實驗。在穩(wěn)態(tài)實驗中，對直流電壓、子模塊電容電壓、閥出口側(cè)電壓特性進行了分析;在功率階躍實驗中，驗證了控制器的快速響應(yīng)特性;在直流雙極短路實驗中，驗證了拓撲的故障自清除能力，為混合橋臂MMC