【摘 要】
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随着我国“双碳”目标的提出,构建以新能源为主体的新型电力系统成为未来电力能源系统的发展方向。直流电网在新能源大规模并网方面有着得天独厚的技术优势,针对直流电网热点问题的研究层出不穷。直流变压器是实现不同电压等级直流电网互联的核心设备,但是传统直流变压器普遍存在设计难度大、运行损耗高、经济性差的问题,这阻碍了直流变压器在实际工程中的应用。为了满足直流电网对低成本和低损耗直流变压器的迫切需求,同时降低
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随着我国“双碳”目标的提出,构建以新能源为主体的新型电力系统成为未来电力能源系统的发展方向。直流电网在新能源大规模并网方面有着得天独厚的技术优势,针对直流电网热点问题的研究层出不穷。直流变压器是实现不同电压等级直流电网互联的核心设备,但是传统直流变压器普遍存在设计难度大、运行损耗高、经济性差的问题,这阻碍了直流变压器在实际工程中的应用。为了满足直流电网对低成本和低损耗直流变压器的迫切需求,同时降低直流变压器的视在容量和占地面积,本文提出了一种基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的模块化组合式直流变压器（modular combined DC-DC transformer,MCT）,用于连接不同电压等级的直流线路和潮流控制。研究内容如下:首先研究了MCT的拓扑结构和工作原理。为了节省成本,MCT交流侧的换流变压器被隔直电容和补偿电感串联所代替。通过定义隔直电容的电压波动率,确定了隔直电容和补偿电感的参数设计方法,并且研究了MMC的阀侧电压和桥臂电抗等主回路参数计算方法。最后,将MCT与传统直流自耦变压器进行比较,结果表明MCT具有良好的经济性,相比于传统直流自耦变压器可节省10.6%的设备投资。根据建立的MCT数学模型,研究了MCT动态特性,发现保持交流母线电压稳定是MCT稳定运行的前提条件。当MCT两侧直流电网都采用主从控制策略时,在不同工作场景下MCT需要承担潮流控制或电压控制的任务,据此提出了MCT的功率控制策略和电压控制策略。当MCT某一侧直流电网采用下垂控制策略,MCT可视作功率不可调点,采用功率控制策略。为了验证MCT在多等级直流电网互联和海上风电接入两种情况下的工作性能,在PSCAD中搭建了仿真模型,仿真结果证明了功率控制和电压控制可对潮流和直流电压进行良好的控制。最后研究了MCT中隔直电容在直流故障和内部交流故障下的放电特性,提出了MCT的故障处理策略和恢复策略,通过仿真验证了故障处理策略的有效性和恢复策略的可行性。
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