MMC-HVDC系统的暂态特性分析研究

作     者：凌博文 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：刘崇茹

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：模块化多电平换流器 暂态特性 不对称故障分析 短路电流 过电压 过电流 

摘      要：当今世界,为了应对经济发展与环境保护、资源紧张的矛盾而大力发展可再生能源。柔性直流输电以其功率独立控制、调节灵活、谐波水平低、无需无功补偿、没有换相失败问题,特别适用于可再生能源发电并网等优点备受学术界和工程界的关注和青睐。而模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的应用,使得柔性直流输电系统的电压等级和输送容量进一步提高,柔性直流输电的应用领域进一步拓宽,柔性直流输电作为灵活、可控的先进输电技术在电网中扮演着越来越重要的角色。本文主要针对MMC-HVDC系统交、直流侧故障的暂态特性分析开展了研究工作。针对MMC-HVDC系统暂态特性分析的适应性问题,建立了 MMC适应不对称故障分析和对称故障分析的控制系统,详细分析了 MMC控制系统的各个环节和基本工作原理,介绍了MMC-HVDC系统常用的接地方式。针对MMC-HVDC系统交流侧故障的暂态特性分析,以换流站近端不对称故障为例详细分析了 MMC的控制器对故障的响应。控制器响应后,MMC所提供短路电流包括暂态和稳态两个过程;故障后MMC在交流侧表征为电流源,其幅值和相位可由内环电流参考值派克反变换求出;所能提供的最大稳态短路电流被控制器限幅环节限制。结合MMC提供短路电流特性提出了一种计算稳态短路电流的方法。最后在PSCAD/EMTDC下结合实际工程参数搭建了双端MMC-HVDC系统作了仿真验证。针对MMC-HVDC系统直流侧故障的暂态特性分析,详细分析了三种典型直流侧故障机理,分析了暂态过程电压、电流产生机理和特性,并推导了相应的数学计算公式。单极接地故障主要导致非故障极母线和换流器交流侧设备的过电压。单极断线故障会导致非故障极和故障极母线过电压,且故障极母线过电压更严重。双极短路主要会导致桥臂器件和直流线路过电流。最后在PSCAD/EMTDC下搭建了双端MMC-HVDC系统作了仿真验证。