基于模块化多电平变流器的柔性直流输电系统控制策略研究

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2001年德国学者首先提出了模块化多电平变流器(Modular MultilevelConverter, MMC)的电路拓扑,由于其级联化拓扑、连接高压电网无需体积庞大的变压器以及能够实现四象限运行等优点,引起了越来越多的研究和关注,目前其已在多个柔性高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)工程中得以成功应用。本文以基于模块化多电平变流器的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)为研究对象,针对该系统的控制策略进行了深入的分析和研究。  首先,本文建立了MMC交流侧在三种坐标系下的数学模型和MMC直流侧的数学模型,并在dq旋转坐标系下设计了双闭环控制器。另外,本文对MMC环流进行了深入的理论分析,得到了MMC环流幅值各次分量之间的递推关系式,经过推导和简化得到二倍频环流的幅值表达式并进一步设计了二倍频环流抑制控制器。仿真结果验证了环流分析的正确性和环流抑制策略的有效性。  其次,本文研究了MMC-HVDC交流侧与直流侧充电的原理与控制策略,并重点研究了MMC-HVDC不控充电过程中模块电容电压发散的问题。文中采用了一种辅助均压电路,结合相应的控制策略,可以有效抑制不控充电过程中模块电容电压的发散。同时,本文从理论上计算出了采用不同的控制策略时辅助电路中均压电阻的取值范围及其功耗。仿真验证了所提方案的正确性和有效性。  另外,本文研究了MMC-HVDC在交流侧电压不对称情况下的数学模型和控制策略,设计了双序电流控制器,采用输入功率控制和输入电流控制两种控制策略,抑制了直流母线电压和网侧输出功率的二倍频波动,减少了交流电流的谐波成分并且减小了模块电容电压的波动。控制策略的有效性通过仿真得到了验证。
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