基于模块化多电平换流器的直流输电系统电能质量的仿真研究

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1、分类号：TM743密级：UDC：621.3编号：201431403055河北工业大学硕士学位论文基于模块化多电平换流器的直流输电系统电能质量的仿真研究论文作者：陈玉民学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：电气工程指导教师：葛曼玲职称：教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringSIMULATIONSTUDYOFPOWERQUALITYOFHVDCTRANSMISSIONSYSTEMBASEDONMODULARMULTI

2、LEVELCONVERTERbyChenYuminSupervisor:Prof.GemanlingNovember2016摘要电能是当今社会不可或缺的重要能源，随着电力电子装置大规模的应用，电能质量的问题受到关注。解决电能质量问题一般从两个方面入手，一方面要抑制系统中的谐波来提高设备的利用率，另一方面要向用户提供一个优质可靠的电能供应环境。随着电力电子技术向着大功率、高压变换方向的快速发展，特别是电压源型换流器在柔性直流输电系统中的广泛应用，针对大功率换流器的研究越来越重要。然而，传统的两电平以及多电平的柔性直流输电系统存在很大的不足，例如，损耗很大，造

3、价高，结构复杂，电压等级低，可靠性差等。传统两电平以及多电平结构的一些缺陷使得其在直流输电系统(DirectCurrentTransmissionSystem，DCTS)中的应用被限制。为此，一种新型的模块化多电平换流器(ModularMultilevelConberter，MMC)成为研究的热点。MMC采用模块化结构设计，模块之间相互独立，从而大大降低了桥臂电压和电流的变化率，同时也降低了开关器件承受的应力。MMC的模块化程度高，有利于集成化，提高了其在直流输电系统中的可靠性，能够保证输出合格的电能。因此，MMC特别适合应用在直流输电的工程当中。本文以M

4、MC为基础研究抑制环流的方法和机理，并提出了一种故障冗余保护方法，降低系统工作电流的畸变和故障率，提高系统输出电能的质量。本文首先介绍了MMC的拓扑结构和三相MMC换流器的工作原理，以及MMC-HVDC系统的运行特性。其次介绍了MMC主电路参数的选择方法。在此基础上，研究了MMC的调制与控制技术。针对MMC的子模块电容电压控制方法，依据传统排序法，设计了一种改进的子模块电容电压平衡控制策略。此种方法改进了子模块投切频繁的问题，有效的降低了器件的开关频率，使输出的电压得到很好的控制。之后分析了环流产生的机理及其抑制原理，在此基础上设计了基于离散模型的环流抑制

5、控制器，在不改变MMC外部特性的前提下有效的抑制了MMC内部三相二倍频环流，极大的减少了桥臂电流的波形的畸变程度。最后分析了MMC中单个子模块的故障会引发直流电压和直流电流的振荡，危及换流器的正常工作。为此配置了子模块故障冗余保护，提出了适合MMC的子模块故障冗余保护方法，可以在子模块发生故障的情况下，使换流器快速恢复正常，提高了输出的电能质量。本文在MATLAB/Simulink中对基于模块化多电平换流器的直流输电系统搭建了仿真电路。对所提出改进的子模块电容电压平衡控制策略、基于离散模型的环流抑制I控制器和子模块故障冗余保护方法分别进行了仿真，通过仿真实

6、验对比验证了各种控制策略的有效性。关键词：模块化多电平换流器直流输电控制策略环流抑制子模块故障IIABSTRACTElectricenergyisanindispensableenergyintoday'ssociety.Withthelarge-scaleapplicationofpowerelectronicdevices,theproblemofpowerqualityisconcerned.Solvethepowerqualityproblemsingeneralfromtwoaspects,ontheonehandtorestrainthehar

7、monicsinthesystemtoimprovetheutilizationofequipment,ontheotherhandtoprovideuserswithahighqualityandreliablepowersupplyenvironment.Withtherapiddevelopmentofpowerelectronictechnologyinthedirectionofhighpowerandhighvoltage,especiallythevoltagesourceconverteriswidelyusedinflexibleHVDC

8、system.Andthestudyofhighpowerconv