基于mmc的直流输电系统控制策略研究

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1、基于MMC的直流输电系统控制策略研究第1章绪论1.1高压直流输电系统的发展概述随着时代的发展，大功率、高电压等级的电力电子器件大量涌出，从而促使了高压直流输电系统（HighVoltageDirectCurrent，HVDC）的发展，它能将非同步运行、频率不同的两个或多个电网经过直流输电系统联系起来。地球上的首个直流输电工程在1954年落成竣工以后，直流输电系统的换流设备经过几次变革。从汞弧阀时代到晶闸管时代再到IGBT时代。晶闸管只可以控制开通而不能控制关断。这使得目前现有的直流输电技术有如下缺点：[1-5]①不可工作在无源状态，且受电端的

2、短路容量要尽可能大，否则换流器的换向将失败；②换流器生成的谐波含量很大；③在系统中需要额外加装大量的无功补偿装置；④建设换流站的耗资较大。所以传统直流输电重点用在大容量、长距离的输电系统。然而，能源问题、环境问题日益加剧，我国将不再只是大规模大容量的电源之间的输电问题。随着新能源的发展，HVDC系统有很大的优势，以往的两端点对点的直流输电网络已经不能满足现代电网的要求。我国地域辽阔，能源丰富但分布分散，所以要将分散的电能进行统一并网，必须要使输电系统实现多落点供电、多落点受电[6-8]，这样，多端直流输电系统（MTDC）就在两端输电系统的基

3、础上应运而生了。一般将MTDC输电系统定义为3端以上（含3端）系统。和两端直流输电系统相比，多端系统不仅能够满足多点送电、多点受电的要求而且多端系统要比两端系统经济的多[9-12]。鉴于以上的优点，多端系统在很多地方优势很明显[13-15]：①太阳能、风能发电上网；②从能源集中的地方向多个地方送点；③从陆上电厂向多个独立小岛送电；④将多个小的、独立的、不同步运行的小电网联系起来；⑤向工农业负荷集中的地方供电。但是，传统的电网换向换流器存在换相失败的问题，在某种程度上阻碍了MTDC直流输电系统优势的发挥。.........1.2传统多电平换流

4、器的拓扑结构概述随着大功率高电压电力电子设备制造技术的不断提高，使得它的应用领域越来越广泛。最近几年来，大量的耐压和大功率等级的器件已经大量涌现。尽管随着技术的改进，器件的制造技术已经很发达，但是常用的两电平和三电平电压源换流器结构已经不能满足大功率高电压的要求。所以必须探索能在高电压大功率的地方使用的多电平换流器结构[22,23]。多电平换流器由于调制策略和两电平换流器有很大的不同，所以其输出的波形与两电平换流器也有一定的差距。它的输出波是由每一个子模块输出的电压阶梯组合而成的，参与的子模块越多，电平数目也就越多，其输出的电压波形就越接近

5、正弦波，电压中所含的谐波含量也就越少。但是，由于参与的模块数越多，对每一个换流站来说，它的结构也就越复杂，对控制系统的要求就越高，所以在应用多电平换流器时，要依据应用的场合和输出电压的要求选择合适的模块数量。现有的所有的换流器结构大概有以下几类：二极管嵌位型[24]、飞跨电容型[25]、级联型以及以上几种结构衍生出的其它结构[26,27]。............第2章MMC-MTDC的调制策略与运行分析要研究MMC-MTDC直流输电系统，首先必须对MMC的基本原理及组成MMC换流器的基本子模块的原理进行分析研究。基于MMC的高压直流输电系

6、统一般分为三级控制，分别为：阀级控制，站级控制和系统级的协调控制。阀级控制属于直流输电系统中最基本的控制，它是通过选用调制策略控制每个子模块中的开关器件开通或者关断从而调整每个子模块的输出电压。站级控制是对MMC换流站进行控制，本级控制是在阀级控制的基础上实现的，选用内外环双环控制来控制每个MMC换流站的输出。系统级的控制是在前两级控制正常的基础上，保证多端系统每一个换流站能独立控制，且直流输电系统要能正常工作，必须使多个换流站相互协调起来，这样整个高压直流输电系统才能正常运行。2.1MMC的拓扑结构图2.1表示3端MMC-MTDC输电系统

7、一端的MMC结构图，从图2.1可以看出一侧MMC换流器是由三相组成的，每一相有上下两个桥臂，这样三相六桥臂构成了MMC换流站的拓扑结构。每一个桥臂由一个电抗器LS和若干个子模块(sub-module，SM)级联构成[51]，MMC换流站与一般的VSC换流站的明显差异就在，一般的VSC换流站在直流侧含有一个稳压电容，而MMC换流站的稳压电容是由若干个小电容组成的，这些小电容分布在每个SM子模块中。MMC换流器的集成化程度比较高，而MMC换流站又是通过多个子模块串联组成的，不同的子模块数量对应不同的输出电压，不同的场合所需要的功率和电压是不同的

8、。调整子模块的投入个数就能够适应高电压大功率的需要，有利于实现设计的集成化，缩短项目所用时间，使项目的耗资大大减少。和一般的VSC大不一样，MMC的三相桥臂并联形成共用的母线，将