模块化多电平换流器在柔性直流输电系统中的应用研究

柔性直流输电技术应用在新能源并网,孤岛供电,电网互联等方面时有着交流输电技术无法比拟的优势。而传统的基于三电平电压源换流器的柔性直流输电技术由于换流器输出电压电平低,导致输出电压中谐波含量高从而需要较大的滤波器,同时由于每个开关器件承受的电压高,使得其难以应用于高压大功率场合,这在很大程度上限制了柔性直流输电技术的发展和应用。模块化多电平换流器采用模块化设计,可以根据输出电压要求串联不同的子模块数,不需要滤波器,适合应用于柔性直流输电。本文分析了模块化多电平换流器工作原理,在对子模块电容电压波动分量和换流器环流产生的机理及成分分析的基础上设计出了环流抑制控制器,并通过仿真验证了对环流成分分析的正确性和所设计的环流抑制控制器的有效性。本文介绍了几种常见的多电平调制策略,通过对比这些调制策略选取了反相层叠载波PWM作为本文的调制策略,并针对其运算量较大的缺点进行了改进;针对反相层叠载波PWM传统脉冲分配方式所产生的各子模块功率和电压不均衡问题,创新性的提出了一种新的脉冲交替循环分配方式,使得各子模块开关器件利用更加均衡;对几种常见的子模块电容电压均衡控制方式进行了介绍,针对其不能直接应有于前面所提出的脉冲交替循环分配方式的缺点创新性的提出了一种新的子模块电容电压均压控制策略,使得其在均衡电容电压的同时不影响前面所提出脉冲交替循环分配方式;通过仿真验证了所提脉冲分配方式和子模块电容电压均衡策略的有效性。由于柔性直流输电系统是用来进行功率传输的,因此对功率传输的分析至关重要。本文对基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统的功率传输原理进行了分析,并在dq旋转坐标系中建立了基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统的数学模型。在设计控制器的过程中,将控制器分为系统级,换流站级和换流阀级依次进行了设计,最后通过仿真验证了所设计的控制器的有效性和模块化多电平换流器应用在柔性直流输电系统中的优越性。