MMC-HVDC交流侧不对称故障特性分析与控制策略

1、MMC-HVDC交流侧不对称故障特性分析与控制策略模块化多电平换流器 (Modular MultilevelConverter,MMC) 与传统两电平或三电平电压源型换流器 (Voltage Source Converter,VSC)相比优势明显 , 例如结构模块化 , 谐波性能更佳 , 开关损耗和滤波要求更低。 但 MMC不可避免的环流控制问题影响换流器的性能。而基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular MultilevelConverterBased HVDC,MMC-HVDC)发展迅速。其相对于传统直流输电的技术优势明显 , 但是其机理分析和控制系统设计更为复杂。尤其当交流侧

2、不对称故障时, 传统的控制策略不再适用于三相不对称的情况。为了保障柔性直流电网的可靠运行, 需要对 MMC及直流电网进行机理分析和控制系统设计。本文基于数学分析通过仿真验证的方法主要研究了MMC-HVDC交流侧不对称故障时的运行机理和控制策略。传统的控制策略不适用于三相不对称的情况, 当交流侧电网不平衡时 , 现有的控制系统大多数选择抑制负序电流的方法。这种控制方式下交流侧电流对称, 而有功功率产生二倍频波动, 传递到直流侧导致直流电压的二倍频波动。本文通过改进环流控制器改善了上述问题。通过建立环流和子模块电容电压, 直流侧电压等物理量的数学关系, 确定了一个直流侧电压波动最小时的最佳的环路电

3、流值, 并作为参考信号传输给MMC的电流控制回路 , 从而抑制了直流电压的波动。本文主要研究了柔性直流电网交流侧不对称故障时环流的特性分析与控制策略。首先 , 建立了 MMC换流器的电磁暂态快速仿真模型和机电暂态模型。研究的相关模型在一定程度上都加快了仿真效率, 并具备较高的精准度。在此基础上 , 将有助于进一步研究多端柔性直流输电系统的其他特性或进行工程分析 ; 其次 , 对 MMC-HVDC环流控制策略进行了优化。传统的环流控制策略将环路电流抑制为零 , 该控制策略虽然可以降低器件损耗, 但是没有考虑到子模块电容电压的波动 , 而且其控制精度较低。通过建立环流和子模块电容电压的数学关系,

4、可以改进环流控制器 , 实现精确抑制环流或抑制子模块电容电压二倍频波动的控制目标; 最后, 优化了MMC-HVDC交流侧不对称时控制策略。 当交流侧电网电压不平衡时, 现有的控制系统大多数选择抑制负序电流的方法。这种控制方式下交流侧电流对称, 而有功功率产生二倍频波动, 传递到直流侧导致直流电压二倍频波动。 本文通过分析 MMC内部环流产生机理以及对换流器正常运行产生的影响改进了环流抑制器, 通过控制环路电流实现直流电压二倍频波动的抑制。本文完成了以下工作 (1) 进行了直流电网中的MMC建模分析 , 研究的相关模型都在一定程度上加快了仿真效率, 并具备较高的精准度。 在此基础上 , 将有助于进一步研究多端柔性直流输电系统其他特性或进行工程分析。(2) 优化 MMC环流控制使控制精度提高。通过建立环流和子模块电容电压的数学关系 , 对环流控制器进行了改进。改进后的环流控制器可以将环流或子模块电容电压的二倍频波动完全抑制,满足了不同控制目标下更高精度的控制要求。(3) 优化交流侧故障时MMC-HVDC的控制策略使系统稳定性提高。设计了由正负零分量分解, 功率外环控制和电流内环控制三部分组成的整体控制系统。对环流控制器进行了改进,