本文關(guān)鍵詞：模塊化多電平換流器故障容錯(cuò)控制策略研究與裝置研制

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【摘要】：近年來,模塊化多電平換流器(MMC)作為一種新型電壓源換流器得到廣泛的研究與關(guān)注,模塊化多電平換流器由于采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),交流輸出電平數(shù)多,波形質(zhì)量高,省去了大容量濾波裝置,系統(tǒng)電壓等級(jí)及容量能靈活調(diào)節(jié),可以適應(yīng)多種功率場合。MMC型輕型直流輸電系統(tǒng)是解決我國遠(yuǎn)距離、大容量輸電的重要途徑,在諸如高壓直流輸電、孤島供電及風(fēng)電、太陽能等可再生能源并網(wǎng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但現(xiàn)在對(duì)MMC-HVDC的研究還處于起步階段。本文針對(duì)子模塊為半橋型的MMC-HVDC系統(tǒng),主要研究內(nèi)容包括：(1)詳細(xì)介紹了MMC子模塊工作狀態(tài),分析了MMC的運(yùn)行原理,并介紹了適用于MMC的兩種調(diào)制策略,即最近電平調(diào)制與載波移相調(diào)制,并給出了兩種調(diào)制策略下MMC交流側(cè)輸出電壓的傅里葉分析表達(dá)式,重點(diǎn)分析了載波移相調(diào)制策略N+1電平和2N+1電平調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法及其諧波特性。(2)建立了MMC-HVDC的數(shù)學(xué)模型,研究了基于dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制策略,并對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)電壓控制器。MMC型直流輸電系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng),由橋臂小信號(hào)模型推導(dǎo)了橋臂環(huán)流及電容電壓平均值小信號(hào)模型,并構(gòu)成了電容電壓平均控制雙閉環(huán)控制系統(tǒng)�？紤]實(shí)際數(shù)字控制中延時(shí)對(duì)雙閉環(huán)離散系統(tǒng)性能的影響,從系統(tǒng)穩(wěn)定性角度出發(fā),并通過校驗(yàn)系統(tǒng)相位裕度,計(jì)算了PI控制器參數(shù)取值范圍,也為實(shí)際實(shí)驗(yàn)裝置控制器參數(shù)設(shè)計(jì)提供了借鑒。(3)子模塊作為MMC換流器的基本單元,是維持整個(gè)MMC型直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)鍵。首先分類介紹了子模塊器件常見故障,并對(duì)目前已有冗余保護(hù)控制做了總結(jié)概述。然后,針對(duì)系統(tǒng)無冗余備用或冗余備用子模塊耗盡情況,為維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行且能最大程度利用橋臂子模塊,基于橋臂能量均衡原理提出了一種子模塊對(duì)稱切除、系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行的控制方法。該方法在旁路故障子模塊的同時(shí),將非故障橋臂相同數(shù)量的子模塊改做該橋臂的熱備用,提高了子模塊利用率及系統(tǒng)的可靠性。PSCAD/EMTDC仿真結(jié)果驗(yàn)證所提出控制方法的有效性。(4)在MMC基礎(chǔ)理論分析及控制器參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,研制了一臺(tái)小功率的無源逆變實(shí)驗(yàn)樣機(jī),分別從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程。最后在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了控制策略及控制器參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM721.1;TM46
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本文編號(hào)：1262532