模块化多电平换流器型高压直流输电的启动控制策略研究

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1、学校代号：10532学密号：S11092019级：公开湖南大学硕士学位论文模块化多电平换流器型高压直流输电的启动控制策略研究堂僮由遗厶丝刍!塑墼谴——昱娅蛙刍壁驱赘；羞基副熬握埴羞皇僮；电氢皇信星王猩堂瞳圭些名整；电氢王一诠窒握窒旦期；2Q!垒生5旦2旦论童筌避目期；2Q!垒堡：量且12目签避委虽全圭痊；黄童道熬握StudyonStart-upControlStrategiesofModularMultilevelConverter—HighVoltageDirectCurrentbyHUJingw

2、eiB．E．(AnhuiUniversityofTechnology)201AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringElectricalEngineeringGraduateSchoolofHunanUrfiversitySupervisorAssociateProfessorJIANGYanMay,2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在

3、导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：巾f魄驯驴年石月万日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以

4、采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密回。(请在以上相应方框内打“／”)作者签名：前p节导师签名：崩Vv_，日期：pI印年‘月石日日期：加f午年6月6日模块化多电平换流器型高压：直流输电的启动控制策略研究摘要基于电压源换流器的高压直流输电(Voltagesourceconverter—highvoltagedirectcurrent，VSC．HVDC)采用全控型电力电子器件IGBT，取代常规直流输电中构成换流器结构的半控型器件

5、晶闸管。该技术突出了全控型电力电子器件、电压源换流器和脉冲宽度调制三大技术特点，解决了常规直流输电中存在的波形质量较差、需要无功补偿、不能向无源系统供电等诸多瓶颈。目前已投入运行的VSC．HVDC系统大多采用两电平或三电平换流器，通过功率器件串联方式实现高电压和大容量，却存在串联器件难以均压和开关损耗较大等问题。模块化多电平换流器(Modularmultilevelconverter，MMC)是应用于高压直流输电的一种新型电压源换流器拓扑，每个桥臂由多个彼此独立子模块(Sub．module，SM)串

6、联而成，子模块由IGBT和电容构成。在系统正常运行前需对SM进行预充电，使电容电压和直流母线电压由零上升到额定值，以完成MMC．HVDC系统的启动。MMC．HVDC的启动是一个复杂的暂态过程，合适的控制方式对提高启动速度、增强稳定性、抑制过电流和过电压至关重要。本文阐述了利用外部直流电源从直流侧进行预充电的方式，即他励模式，指出了这种方式存在的诸多不足。为了弥补这些弊端，本文介绍了MMC的工作原理，推导了MMC启动时的电压、电流和功率方程，建立了相应的数学模型和等值电路，为启动控制策略的研究和控制系

7、统的设计提供了必要的理论依据。在详细分析MMC启动动态过程的基础上，本文提出了利用交流电网从交流侧对SM进行预充电的控制方式，即自励模式，并将此过程分为不可控和可控两个阶段。给出了最小限流电阻的选择方式，既避免了冲击电流又最大限度地减弱了电阻对启动速度的影响；不可控阶段结束点电压低于理论终值，避免了后期电压缓慢上升的过程；可控阶段基于载波移相调制(Carrierphaseshiftedmodulation，CPSM)，提出了电流控制、电压控制和二F模块平衡控制策略。在实现对SM中电容快速充电的同时，

8、能够有效抑制启动过程中出现的过电流和过电压，并兼顾系统的平衡，以实现可靠和高效的预充电。最后在Matlab／Simulink中搭建了5电平模型，通过电压电流双闭环控制与仅考虑电压单闭环控制的对比可以看出，本文提出的启动控制策略具有良好的有效性和可行性。关键词：高压直流输电；电压源换流器；模块化多电平换流器；启动；控制策略；仿真II硕士学位论文自==目E=====!==!=21=2==!====目j目=E======!!==!=∞!!=!==∞{=====!!=!!==