基于模块化多电平换流器的直流输电系统分析-analysis of dc transmission system based on modular multilevel converter.docx

strategyunderthree-phasefaultconditions.Keywords:DCtransmission,Modularmultilevelconverter,Voltagebalance,Circulatingcurrentinhibition,Three-phasefault目录中文摘要I英文摘要II1绪论11.1课题背景和意义11.2柔性直流输电技术21.3基于模块化多电平换流器的直流输电系统31.3.1技术特点31.3.2研究现状41.3.3工程应用现状51.4本文的主要研究内容62模块化多电平换流器的基本原理82.1MMC的拓扑结构82.2MMC的工作原理92.2.1子模块工作原理92.2.2三相MMC工作原理102.3MMC主电路参数的选取112.3.1子模块电容112.3.2桥臂电感132.3.3子模块个数142.3.4控制频率152.4本章小结163直流输电系统的阀组级控制技术173.1MMC的环流抑制技术173.1.1二倍频负序环流的产生机理173.1.2二倍频负序环流抑制控制策略183.1.3仿真结果分析203.2MMC的调制策略213.2.1等腰三角波载波移相脉宽调制223.2.2最近电平逼近调制233.3MMC的电容电压均衡控制策略253.3.1基于排序的电容电压均衡方法263.3.2一种改进的基于排序的子模块电压均衡方法273.3.3仿真分析283.4本章小结294交流系统平衡时直流输电系统的建模与仿真304.3.2仿真分析404.4本章小结445故障时直流输电系统特性分析与仿真455.1MMC-HVDC直流侧单级接地故障特性455.1.1故障特性分析455.1.2仿真验证465.2MMC-HVDC电网电压不平衡时特性485.2.1不平衡三相电量的基频瞬时对称分量表达形式495.2.2电压不平衡时MMC的数学模型505.2.3电压不平衡时功率分析525.2.4电压不平衡时环流分析525.3不平衡时MMC-HVDC控制技术535.3.1不平衡时的相位检测法535.3.2交流侧负序电压补偿控制545.4仿真算例与分析555.5本章小结596总结与展望606.1全文工作总结与结论606.2后续工作展望60致谢62参考文献631绪论1.1课题背景和意义随着电力系统规模的不断扩大，交流系统的稳定性问题、传输功率极限问题、潮流控制问题等固有缺点显得日益突出。另一方面，随着风能、太阳能等绿色能源发电工程的不断出现，清洁能源的并网问题越来越突出。如果采用交流系统实现清洁能源并网，将会对传统电网产生巨大冲击，严重危害电网稳定性，而多端柔性直流输电技术可以有效的解决上述问题。现代直流输电技术将交流电能转换成直流电能进行传输，能够实现交流网络中不同节点的互联。包含直流输电环节在内的电力网络保持了原有交流系统在电能生产、电压变换以及电能应用等方面的优点，又减轻甚至克服了交流输电的一些固有缺点，这使得现代直流输电技术受到了广泛的关注并取得快速的发展[1]。电压源换流器型高压直流输电[2](VoltageSourceConverterBasedHVDC，VSC-HVDC，也称为柔性直流输电)采用全控型开关器件，具有能够实现有功功率和无功功率的快速独立调节、向无源网络供电等优势，在电网互联、新能源并网和城市电网供电方面得到了广泛的关注和应用[3,4]。目前，用于直流输电工程的电压源型换流器基本为两电平或三电平。基于两电平、三电平的柔性直流输电系统自身存在电压等级低、损耗较大等不足，在一定程度上限制了其在高压直流输电工程中的进一步应用[5]。而多电平拓扑的电压源型换流器在动态特性和谐波影响等方面更具有优势。以在风电工程的应用为例，已有研究表明，尽管VSC-HVDC性能优良、运行灵活，但因其损耗较高、换流器容量限制等缺陷，使得其在较大型风电场并网中的应用并非最优方案，却是传统的HVDC效果更占优[6]。常见的多电平换流器有中性点箝位型、级联型和模块化多电平型。随着VSC输出电平的增多，中性点箝位型所需的悬浮电容将急剧增加，给系统控制及设备装配带来很大的困难；级联型需要较多的独立直流电源，不易实现四象限运行，同时，该拓扑中没有公共的正、负极直流母线，无法用于高压直流输电场合[3,7,8]。由于上述原因，一种新型的模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)得到了越来越多的关注和研究[9,10,11]。与VSC-HVDC相比，基于MMC的HVDC(MMC-HVDC)系统在减少开关损耗、容量升级、电磁兼容、故障管理等方面具有明显的优势，成为柔性直流输电工程的建设趋势[12]。鉴于MMC拓扑在大容量优质输电方面的巨大发展潜力，在直流输电系统中采用MMC结构，组成MMC-HVDC系统，