混合MMC柔性直流输电系统源侧限流方案及可靠性研究

作     者：井皓 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：赵成勇

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：混合MMC 柔性直流电网 限流方案 可靠性 冗余配置方案 

摘      要：模块化多电平换流器(MMC-HVDC)与传统高压直流输电(HVDC)相比,可实现四象限独立功率控制,无换相失败等优点;与两、三电平柔性直流输电(VSC-HVDC)相比,采用子模块级联方式,避免了功率器件压接式串联导致的触发一致性和短路失效等问题。MMC-HVDC非常适用于区域电网间互联以及新能源并网等应用场合,具有广阔的直流应用前景对我国电网发展意义重大。采用架空线路的MMC-HVDC面临直流故障电流快速可靠清除的问题,换流器可靠性分析是另一个重要研究点。针对上述问题,论文将分别从故障控制方法和可靠性分析角度对混合MMC柔性直流输电系统加以分析。首先从混合MMC的稳态基本运行原理出发,分析其子模块初始基本配比,以保证换流器具有足够的直流电压控制能力;分析混合换流站在故障穿越期间的定电流控制能力与实现方法,通过合理投切全桥子模块实现源侧故障电流控制能力。针对由半全混合换流站组成的四端柔性直流电网,分析其故障后故障电流放电规律和特性,结论认为故障线路近端换流站是故障线路电流的主要来源,通过故障线路近端换流站的控制配合,具备切除故障线路电流的可行性。针对半全混合直流电网的故障特性分析,提出一种半全混合换流站故障电流穿越控制策略。通过利用故障线路近端换流站控制故障线路电流,其原理在于换流站对外输出负电平,从而将远端馈入的故障电流吸引至换流站内,并且将故障线路电流动态控制至零。该方案可以实现不依赖直流断路器的直流侧故障清除。为进一步提升方案可靠性,还研究考虑分断失败时的协调配合,有效的保护换流站安全运行。针对半全混合换流站的可靠性研究是其直流故障清除成功可能的基础。首先,在考虑子模块相关性直接耦合的情况下建立混合MMC的可靠性函数,分析子模块冗余配置对半全混合MMC可靠性的影响。其次,通过坐标变换将子模块相关性解耦,进行半全混合MMC可靠性建模以及分析。再次,利用半全混合MMC可靠性的计算结果,分别讨论在IGBT数目和可靠性两种约束条件下的冗余子模块的配置方案。最后,提出按照相等的可靠性微增率的原则配置冗余子模块,实现换流器可靠性最高和冗余子模块成本最低的约束目标。