模块化多电平在柔性直流输电系统中的应用和研究

模块化多电平的柔性直流输电技术为解决大型风电场等可再生能源的并网瓶颈,为城市高压电网的增容改造、电网互联及孤岛供电提供了新手段和技术方案,具有较强的技术优势,是改变大电网发展格局的战略选择,已列入《国家能源科技”十二五”规划》高性能输变电关键设备,是需要重点技术攻关的重大技术装备。本文介绍了模块化多电平基本数学模型、调制方式,然后对柔性直流输电中存在的直流故障和交流故障进行研究,最后进行了仿真实验验证研究。在对模块化多电平数学模型和基本调制方法进行介绍分析后,针对柔性直流输电中直流侧故障进行具体细致的研究。首先,对柔性直流输电中直流侧故障进行分类,故障的分类有助于更好地对直流侧故障进行研究。随后,本文主要对直流侧双极短路故障进行研究分析,分析双极短路故障下子模块的过电流问题,通过过电流分析能够更好的对参数选择,器件过流过压能力进行判断。接着,本文在对已知的抑制直流侧故障的方法进行分析,分析已知方法的优缺点,并提出一种能够实现故障电流抑制的改进型子模块拓扑。根据改进型子模块,分析其对直流侧故障抑制能力,并对其模块参数进行了设计,最后在Matlab/Simulink仿真平台上进行了验证。在对直流故障进行研究之后,将注意力转移到交流侧,分析交流侧故障对模块化多电平直流输电系统可能存在的影响。首先分析三相交流故障类型,并做近似假设,将换流器内部参数不对称、变压器不对称等故障都简化假设为三相交流不对称。随后,对三相交流侧不对称故障下系统进行建模分析,建立数学模型,并对功率进行分析。在对三相交流侧不对称故障进行抑制时,需要采用有效的方法对故障进行检测,本文采用滑窗同步检测方法,能够实现电压跌落的实时检测。在上述的基础上,选择控制目标对不平衡系统进行控制。当为了保证交流侧电流的对称性,本文采用负序电流抑制方法,能够实现交流侧负序电流的消除；当为了实现直流侧电压平衡时,本文提出基于准PR控制的双变换策略,实现直流侧二次谐波的消除,保持直流侧电压稳定。最后,在在Matlab/Simulink环境下对上述方案进行仿真验证,验证了控制策略的可行性。本文最后,搭建模块化多电平整流电路试验平台,对三相不平衡故障进行实验验证研究：搭建模块化多电平直流输电实验平台,对逆变并网进行试验验证,能够成功对电网功率输送。实验结果和仿真结果有着很好的契合性,验证了所提出的控制策略的有效性。