新型MMC-HVDC控制策略的研究

首先，从绪论开始阐述MMC-HVDC的背景、意义、研究现状；其次，建立了MMC-HVDC的数学模型，并介绍了目前MMC-HVDC所采用的控制策略；再次，研究了MMC底层调制策略；然后，分析了死区时间对MMC的不良影响；最后，根据所建立的数学模型，设计了相应的控制器。本学位论文的主要创新如下： 1）提出了电容电压优化排序算法。考虑传统电容电压排序算法没有必要的增加了器件的开关频率，从降低开关损耗的角度出发，提出一种开关频率优化算法。 2）提出了多种MMC相间环流抑制策略。一是通过揭示MMC相间环流抑制的本质，提出了一种基于改进阶梯波调制的相间环流优化算法，该算法特别适合向无源性质负载供电，能在抑制环流的同时降低输出电压的畸变率。二是在同步旋转dq坐标系下建立了环流抑制数学模型，结合优化电容排序算法，设计了MMC效率优化控制器。三是在两相静止αβ坐标系下，利用比例谐振控制器设计了环流抑制控制器。 3）分析了死区时间对MMC的影响。根据MMC桥臂电流方向以及子模块状态，分析了死区时间对单个子模块的影响，得到了子模块产生死区电压的结论。根据载波移相调制和阶梯波调制时的不同控制策略，分别分析出最坏情况下死区时间对MMC的影响，并得到了两种策略下MMC死区效应存在着不完全相同的结论。 4）首次提出了MMC无锁相环控制策略概念。一是提出了一种无锁相环的控制策略，这种控制策略同样可以达到dq坐标系下双闭环控制一样的效果。二是提出了一种无需知道电网角频率和电感参数的无锁相环直接功率控制策略，降低了控制系统的复杂程度，但是在电网不对称的情况下需要快速准确的提取出正序分量和负序分量。 5）设计了基于微分平坦理论MMC控制器。将非线性控制系统中的微分平坦理论引入至MMC，证明了MMC也是微分平坦系统，并设计了相应的控制器，仿真结果表明，基于微分平坦理论设计的控制系统与传统双闭环PI控制策略相比动态性能更加优越。 6）提出了电压协同模块的MMC-HVDC启动预充电和停机策略。分析了启动预充电不可控和可控阶段的动态特性，修正了直流电压和限流电阻的选取原则，将桥臂冗余子模块考虑在内，提出了一种直流电压协同子模块的MMC-HVDC预充电策略，解决了稳态时直流电压和投入子模块不匹配的问题。将停机过程分为两个阶段，即能馈阶段和能耗阶段，将预充电的协同控制策略移植停机中，降低了放电电阻的电压等级和功率。