与传统的直流输电技术相比,基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)组成的柔性直流输电系统具有更好的发展优势,且迎合了未来直流输电的发展趋势。本文基于MMC换流站的多端直流输电系统(MMC-MTDC),对其工作原理、拓扑结构、各级控制方式、故障特性以及故障发生后的保护策略进行重点研究和分析。本文是在三端MMC直流输电系统的基础上,对单个MMC换流站中子模块的拓扑结构和工作原理进行分析,接着分析三端MMC直流输电系统的工作原理,然后在DQ轴下建立数学模型,为后续控制器设计做准备。然后在控制方式上选取最近电平逼近的方式,并且采用内环电流控制和外环功率控制的站级控制方式。在系统级控制方面,本文对比了不同的控制方式,在考量了对直流电压和功率的需求后。选择了基于电压裕度的多点直流电压控制方式,最后在PSCAD中搭建了相应的三端MMC直流输电系统的仿真模型,进行仿真验证。最后,本文针对MMC-MTDC系统将会遇到的各种故障进行分析。首先分析了交流侧故障,提出交流侧可能引发的各种故障,然后提出了相应的保护措施。然后分析了换流站内部可能遇到的故障类型,通过分析故障产生原因提出解决方案。接着进入本文着重介绍的直流侧故障保护,在基于MMC-MTDC系统的直流侧输电线路上的两种故障——单极接地故障和极间短路故障,依次对上述两种故障的特性深入分析,然后提出了相应的保护策略,使系统保持稳定运行。在通过仿真软件PSCAD上的仿真结果,可以得出基于电压裕度的多点直流电压的控制策略,以及设计的相应控制器可以使得系统在功率需求变化的情况下自行转换换流站的控制方式,最终可以控制整个系统的有功功率。也就是说即使主换流站退出运行,剩余的系统基于采用本文的控制策略也可以让继续维持稳定供电。当直流侧发生任意故障时,由于采用了基于电压裕度控制的多点直流电压控制策略,系统将会快速恢复稳定状态,使故障被快速消除,提高了系统运行的稳定性。
