MMC-HVDC交流側不對稱故障特性分析與控制策略

1、MMC-HVDC交流側不對稱故障特性分析與控制策略模塊化多電平換流器 (Modular MultilevelConverter,MMC) 與傳統(tǒng)兩電平或三電平電壓源型換流器 (Voltage Source Converter,VSC)相比優(yōu)勢明顯 , 例如結構模塊化 , 諧波性能更佳 , 開關損耗和濾波要求更低。 但 MMC不可避免的環(huán)流控制問題影響換流器的性能。而基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電(Modular MultilevelConverterBased HVDC,MMC-HVDC)發(fā)展迅速。其相對于傳統(tǒng)直流輸電的技術優(yōu)勢明顯 , 但是其機理分析和控制系統(tǒng)設計更為復雜。尤其當交流側

2、不對稱故障時, 傳統(tǒng)的控制策略不再適用于三相不對稱的情況。為了保障柔性直流電網(wǎng)的可靠運行, 需要對 MMC及直流電網(wǎng)進行機理分析和控制系統(tǒng)設計。本文基于數(shù)學分析通過仿真驗證的方法主要研究了MMC-HVDC交流側不對稱故障時的運行機理和控制策略。傳統(tǒng)的控制策略不適用于三相不對稱的情況, 當交流側電網(wǎng)不平衡時 , 現(xiàn)有的控制系統(tǒng)大多數(shù)選擇抑制負序電流的方法。這種控制方式下交流側電流對稱, 而有功功率產(chǎn)生二倍頻波動, 傳遞到直流側導致直流電壓的二倍頻波動。本文通過改進環(huán)流控制器改善了上述問題。通過建立環(huán)流和子模塊電容電壓, 直流側電壓等物理量的數(shù)學關系, 確定了一個直流側電壓波動最小時的最佳的環(huán)路電

3、流值, 并作為參考信號傳輸給MMC的電流控制回路 , 從而抑制了直流電壓的波動。本文主要研究了柔性直流電網(wǎng)交流側不對稱故障時環(huán)流的特性分析與控制策略。首先 , 建立了 MMC換流器的電磁暫態(tài)快速仿真模型和機電暫態(tài)模型。研究的相關模型在一定程度上都加快了仿真效率, 并具備較高的精準度。在此基礎上 , 將有助于進一步研究多端柔性直流輸電系統(tǒng)的其他特性或進行工程分析 ; 其次 , 對 MMC-HVDC環(huán)流控制策略進行了優(yōu)化。傳統(tǒng)的環(huán)流控制策略將環(huán)路電流抑制為零 , 該控制策略雖然可以降低器件損耗, 但是沒有考慮到子模塊電容電壓的波動 , 而且其控制精度較低。通過建立環(huán)流和子模塊電容電壓的數(shù)學關系,

4、可以改進環(huán)流控制器 , 實現(xiàn)精確抑制環(huán)流或抑制子模塊電容電壓二倍頻波動的控制目標; 最后, 優(yōu)化了MMC-HVDC交流側不對稱時控制策略。 當交流側電網(wǎng)電壓不平衡時, 現(xiàn)有的控制系統(tǒng)大多數(shù)選擇抑制負序電流的方法。這種控制方式下交流側電流對稱, 而有功功率產(chǎn)生二倍頻波動, 傳遞到直流側導致直流電壓二倍頻波動。 本文通過分析 MMC內部環(huán)流產(chǎn)生機理以及對換流器正常運行產(chǎn)生的影響改進了環(huán)流抑制器, 通過控制環(huán)路電流實現(xiàn)直流電壓二倍頻波動的抑制。本文完成了以下工作 (1) 進行了直流電網(wǎng)中的MMC建模分析 , 研究的相關模型都在一定程度上加快了仿真效率, 并具備較高的精準度。 在此基礎上 , 將有助于進一步研究多端柔性直流輸電系統(tǒng)其他特性或進行工程分析。(2) 優(yōu)化 MMC環(huán)流控制使控制精度提高。通過建立環(huán)流和子模塊電容電壓的數(shù)學關系 , 對環(huán)流控制器進行了改進。改進后的環(huán)流控制器可以將環(huán)流或子模塊電容電壓的二倍頻波動完全抑制,滿足了不同控制目標下更高精度的控制要求。(3) 優(yōu)化交流側故障時MMC-HVDC的控制策略使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。設計了由正負零分量分解, 功率外環(huán)控制和電流內環(huán)控制三部分組成的整體控制系統(tǒng)。對環(huán)流控制器進行了改進,