MMC-MTDC系统建模与控制策略研究

作     者：王楠 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李国欣

授予年度：2023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 多端柔性直流输电系统 动态相量模型 自适应下垂控制策略 功率准确分配 

摘      要：基于模块化多电平换流器的多端直流输电系统(Modular Multilevel Converter Based Multi-Terminal HVDC,MMC-MTDC)具有波形质量高、子模块易于拓展等诸多优点,在新能源并网及远距离输电等领域有着广泛的应用前景。然而,由于MMC-MTDC系统拓扑结构及控制策略复杂,一直都是国内外学者的研究重点。为推进MMC-MTDC输电系统的应用,改善输电系统性能,本文以MMC-MTDC输电系统为研究对象,从以下三个方面进行深入探究:建立MMC输电系统动态相量模型、改进下垂控制策略和优化功率准确分配控制策略。本文主要内容如下:(1)建立了一种基于旋转dq坐标系下的MMC输电系统动态相量模型,该模型考虑了桥臂环流及电容电压波动等内部动态特性问题,以系统直流电压、交流电压和交流电流的dq坐标系分量为电气输入量,以调制比和环流二倍频分量为控制输入量,通过将动态相量模型与电磁暂态仿真软件的仿真结果进行对比分析,验证了模型的准确性。(2)由于传统下垂控制中下垂系数固定不变,直流系统面对复杂工况时稳态性能及动态性能均较差,针对以上问题,本文设计了一种计及功率裕度和电压缓冲区的自适应下垂控制策略。该控制策略采用分段控制下垂系数的思路,设置一个换流站缓冲区最大功率偏差值。换流站实际功率偏差值小于此偏差值时采用一种缓冲区内的改进下垂控制方法,根据换流站功率偏差幅度自适应调节下垂系数,使系统单位功率的变动产生更小的电压偏差,提高系统电压质量;换流站实际功率偏差值大于此偏差值时根据换流站的实时功率裕度自适应调节下垂系数,使直流系统具有更好的动态性能且换流站不易达到功率限值。(3)为解决MTDC下垂控制中无法实现功率准确分配和电压质量差的问题,本文设计了一种考虑线路电阻及电压偏差的功率准确分配控制策略。该控制策略将线路电阻的影响引入下垂特性中,通过改变各换流站下垂系数实现功率准确分配,引入功率裕度比,根据换流站实时功率裕度比进行功率准确分配,使各换流站充分发挥自身功率出力,减小换流站过载可能;针对电压问题设置了电压偏差调整环节,通过实时检测换流站电压并更改电压参考值,使全系统换流站平均直流电压维持在限值以内。