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基于模块化多电平换流技术的柔性直流输电系统研究

作　者: 周杨
导　师: 王玉芬; 江道灼
学　校: 浙江大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 柔性直流输电 模块化多电平换流器 电容均压 环流抑制 不平衡控制
分类号: TM721.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


柔性直流输电系统在解决远距离孤立负荷供电,异步电网互联等问题上有传统交流输电系统无法比拟的优势。传统的直流输电系统采用两电平或者三电平电压源型换流器拓扑,交流侧需要体积庞大的滤波器,这一方面增加了直流输电的成本,另一方面也增加了占地面积。模块化多电平换流器的直流输电系统采用模块化设计,根据串联子模块个数来调整输出电平数,以适应不同电压等级的要求,省去了大功率交流滤波器,降低了子模块的开关频率,适用于柔性直流输电场合。本文分析了模块化多电平换流器的调制策略,并在传统电容电压均压策略的基础上,提出了一种基于分层电压排序法的电容电压均压策略,该方法可以有效地实现电容均压,降低器件的开关损耗。通过计算子模块电容电压波动分量、分析换流器内部环流产生机理及大小、设计相应的环流抑制器,证实了该控制策略可以在不增加桥臂电抗的情况下有效地抑制换流的波动分量。功率传输是柔性直流输电系统的核心。论文通过对柔性直流输电系统功率传输原理的分析,分别在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下建立了柔性直流输电的数学模型,将控制器分为三个层次,从系统级,换流站级和换流阀级设计了柔性直流输电系统的控制策略,三个控制级之间相互解耦,增加了控制器的灵活性。同时,针对有功功率无功功率相互耦合的特点,论文设计了基于电压前馈的功率解耦控制策略,实现了有功功率和无功功率的独立控制。考虑了负序分量对柔性直流输电系统的影响,论文建立了不平衡工况下直流输电系统的数学模型,分析了不平衡工况下直流输电系统功率平衡关系,考虑了负序分量对传统锁相环的影响,设计了故障态相位检测法,提出了不平衡工况下换流器双闭环控制策略。该控制策略可以根据控制目的的不同,分别对负序电流和有功功率波动进行有效抑制,确保了换流器的正常工作。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 引言  8
  1.2 直流输电概述  8-13
    1.2.1 直流输电技术的发展  8-10
    1.2.2 柔性直流输电的技术特点  10-11
    1.2.3 柔性直流输电的适用场合  11-12
    1.2.4 柔性直流输电的应用现状  12-13
  1.3 多电平换流技术概述  13-17
    1.3.1 多电平换流器的拓扑结构  13-16
    1.3.2 多电平调制技术  16-17
  1.4 本课题的主要工作  17-19
第二章 模块化多电平换流器  19-44
  2.1 引言  19-20
  2.2 模块化多电平换流器的拓扑结构  20-21
  2.3 模块化多电平换流器的工作原理  21-24
    2.3.1 子模块的工作原理  21-22
    2.3.2 三相模块化多电平换流器工作原理  22-24
  2.4 模块化多电平换流器调制方法  24-26
  2.5 模块化多电平换流器直流电容均压策略研究  26-35
    2.5.1 子模块均压策略综述  26-27
    2.5.2 基于分级控制的电容电压均压策略  27-29
    2.5.3 基于电压排序法的电容电压均压策略  29-30
    2.5.4 基于分层电压排序法的电容电压均压策略  30-31
    2.5.5 时域仿真分析  31-35
  2.6 模块化多电平换流器环流产生与抑制  35-44
    2.6.1 模块化多电平换流器子模块电容电压波动分析  35-38
    2.6.2 模块化多电平换流器内部环流分析  38-39
    2.6.3 模块化多电平换流器换流抑制器设计  39-41
    2.6.4 时域仿真分析  41-44
第三章 基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统建模仿真  44-58
  3.1 引言  44
  3.2 柔性直流输电的基本原理  44-47
  3.3 柔性直流输电的数学模型  47-52
  3.4 柔性直流输电系统控制器的设计  52-55
    3.4.1 柔性直流输电系统级控制  52-54
    3.4.2 柔性直流输电换流站级控制  54
    3.4.3 柔性直流输电换流阀级控制  54-55
  3.5 时域仿真分析  55-58
第四章 交流侧电压不平衡情况下柔性直流输电系统运行与分析  58-74
  4.1 引言  58-59
  4.2 系统不对称时柔性直流输电系统的数学模型  59-64
    4.2.1 正负序分量坐标变换理论  59-62
    4.2.2 柔性直流输电系统的低频动态建模  62-64
  4.3 系统不对称时柔性直流输电系统功率分析  64-66
  4.4 不平衡情况下柔性直流输电系统控制策略研究  66-71
    4.4.1 故障态系统相位检测法  66-68
    4.4.2 不平衡情况下MMC换流器正负序控制器  68-71
  4.5 时域仿真分析  71-74
第五章 总结与展望  74-76
  5.1 全文总结  74-75
  5.2 今后工作展望  75-76
攻读硕士期间发表与录用的论文  76-77
参考文献  77-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 输配电技术 > 输电制度 > 直流制输电
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