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《哈尔滨工业大学》 2019年
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风电系统中MMC-HVDC的控制策略研究

郑衍  
【摘要】:模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为新型换流器,具有开关损耗较低、谐波含量较少、方便设计与控制等优点,因此逐渐代替了传统的电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC),广泛在高压直流输电(High Voltage Direc Current,HVDC)或柔性直流输电中应用,即为MMCHVDC。该拓扑具有传输容量大、可靠性高、能够解耦控制有功、无功功率等优点,非常适合在风电系统中应用,但是由于MMC具有独特的拓扑结构和运行机理,因此其内部会产生相间环流,并使子模块电压和桥臂电流波动。对于子模块电压的平衡控制,目前的分散电压控制控制系统结构复杂且存在耦合、可靠性低,因此本文采用了整体投入的平衡控制原理。对于MMC的调制策略问题,基于阶梯波调制的最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)虽然有动态响应快、可以降低器件开关频率的优点,但是其开关频率不确定。针对本文第三章设计的控制策略,将采取载波移相PWM调制策略。MMC也存在系统如何启动和控制的问题。为解决这些问题,开展了以下研究工作:研究了三相MMC的运行机理、调制策略与其全桥和半桥子模块的所有工况,推导了MMC的数学模型和从三相静止到两相旋转的坐标变换,设计了MMC的内环dq轴电流解耦,外环定有功、无功功率和定交流、直流电压的控制策略。为了提升MMC输出波形的质量,研究了环流的产生机理并设计了环流抑制控制器;为了提高直流电压利用率,并减少桥臂电流的波动,设计了将三次谐波注入到电压调制波的方法;为了减少电压波动,设计了子模块电压的平衡策略,并进行了系统稳态的仿真分析,验证了波形优化的有效性,为之后的暂态过程分析提供了基础。针对两端均连接交流电网的MMC-HVDC系统和应用于风电系统中的MMCHVDC,设计了启动策略,并对两种系统的暂态过程,即启动过程和交、直流故障情况进行了仿真研究,分析了直流线路电压、两个换流站的有功、无功功率与交流侧电流、子模块电容电压等波形,验证了系统启动策略和控制策略的有效性,发生故障后可以进行工况复原。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM614;TM46

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