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【6h】

模块化多电平变流器直流侧短路电流清除技术

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摘要

1.1课题背景及意义

1.2 MMC研究现状

1.2.1 MMC正常运行研究现状

1.2.2 MMC直流侧短路故障研究现状

1.3本文主要工作

2混合型MMC拓扑及工作原理

2.1 混合型MMC拓扑及数学模型

2.1.1混合型MMC拓扑结构

2.1.2混合型MMC数学模型

2.2混合型MMC基本控制策略

2.2.1混合型MMC换流站级控制策略

2.2.2混合型MMC换流阀级控制策略

2.3仿真和实验验证

2.4本章小结

3混合型MMC直流侧短路故障及故障清除过程分析

3.1 混合型MMC直流侧短路故障分析

3.1.1 混合型MMC直流侧短路故障等效模型

3.1.2系统电气参数对故障电流的影响

3.2混合型MMC直流侧短路故障清除过程分析

3.2.1 混合型MMC故障电流清除原理

3.2.2混合型MMC故障清除过程桥臂电流和子模块电容电压计算

3.2.3仿真与实验验证

3.3本章小结

4混合型MMC启动过程分析

4.1 正常运行前启动过程分析

4.1.1交流侧预充电策略

4.1.2直流侧预充电策略

4.2直流侧短路故障后重合闸策略

4.3本章小结

5.1 总结

5.2展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集

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摘要

远距离直流输电可以有效的解决地区之间能源不平衡的问题,模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)目前已成为直流输电的主流拓扑之一,该拓扑采用子模块级联结构,在高电压、大容量领域仍具备明显优势。为了提高其直流侧故障清除能力,本文主要研究了半桥子模块(Half bridge sub-module,HBSM)和箝位双子模块(Clamp double sub-module,CDSM)混合而成的混合型MMC,进行以下几个方面的研究:
  1)对混合型MMC的拓扑结构和工作原理进行阐述。首先介绍了HBSM和CDSM的拓扑结构和工作原理,分别建立开关模型,并以此为依据分析了混合型MMC的拓扑结构和工作原理,根据混合型MMC具备直流侧故障清除的特点,对子模块冗余配置进行设计,然后建立稳态下的混合型MMC的数学模型,并指出系统正常运行时,1个CDSM可以等效为2个HBSM,适用于半桥MMC(HB-MMC)的功率控制器或者电压控制器、调制策略、均压策略和环流抑制策略等系统控制策略仍然适用于混合型MMC。
  2)分析混合型MMC从直流侧短路故障发生时刻到故障清除完成时的运行特性。首先分析短路故障时的运行特性,忽略交流侧电流注入,仅对三相六桥臂建立数学模型,利用能量等效将短路故障后的MMC等效为一个RLC电路,建立故障电流方程,求解出直流侧故障电流,根据故障电流表达式分析了电气参数对故障电流的影响;然后分析了混合型MMC清除故障电流的原理,并对混合型MMC中HBSM和CDSM的数量关系进行计算,建立了MMC闭锁后的等效电路和数学方程,并利用龙格-库塔法计算出桥臂电流、子模块电压、交流电流和直流电流等电气量,求出故障清除完成后子模块的电容电压,为子模块电容耐压设计做出参考;利用仿真与实验验证了上述分析的正确性。
  3)分析混合型MMC正常运行前启动和短路故障后的重合闸。针对系统正常启动前预充电过程中2种不同类型子模块预充电特性不一致的问题,设计了多段式预充电方式,解决了子模块的自取能问题,能够将各个子模块电容电压充至额定值;短路故障后的重合闸需要降低直流侧二次过流水平和桥臂电流冲击,提出一种旁路部分CDSM的方式来降低系统二次过流水平,同时针对故障后子模块电容电压差异导致的桥臂电流冲击问题,引入冲击电流抑制策略,设定桥臂电流阈值,将桥臂电流限制在上、下阈值之间,平稳地将子模块电容电压恢复至额定值。

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