基于模块化多电平换流技术的柔性直流输电系统研究

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。