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上海交通大学学报 2022年第3期56卷 325-332页

作者：马洲俊王勇王杰陈少宇国网江苏省电力有限公司南京供电分公司南京210019 上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海200240

柔性直流系统中模块化多电平换流器(MMC)的子模块故障影响系统正常运行,可靠性和经济性的相互制约是MMC冗余数量配置优化的关键问题之一.对此,建立含冗余子模块MMC可靠性和经济性数学模型的多目标优化函数,提出一种柔性控制器子模块冗... 详细信息

柔性直流系统中模块化多电平换流器(MMC)的子模块故障影响系统正常运行,可靠性和经济性的相互制约是MMC冗余数量配置优化的关键问题之一.对此,建立含冗余子模块MMC可靠性和经济性数学模型的多目标优化函数,提出一种柔性控制器子模块冗余数量双重协同优化方法.该方法结合权重系数和NSGAII多目标优化算法的优势,在冗余数量取相同选择偏好下,计算得到两者优化结果的交集.以南京某柔性台区直流工程为例,在MATLAB中搭建模型,仿真结果表明所提方法在满足柔性直流系统可靠性的同时,能够显著提高经济性,为实际柔性直流工程中MMC冗余子模块数量配置提供思路.

关键词：模块化多电平换流器冗余子模块 NSGAII多目标优化权重系数冗余数量优化

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新型模块化多电平换流器的研究与应用

新型模块化多电平换流器的研究与应用

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作者：王子豪青岛科技大学

学位级别：硕士

MMC换流器具有子模块和电路拓扑结构简单,可以根据实际需求进行调节和扩展,鲁棒性好等优点。但是随着社会的发展,电力传输中的电压等级越来越高,桥臂中的子模块的数量越来越多,导致系统的硬件成本不断提高,占地面积越来越大,系统动态追... 详细信息

MMC换流器具有子模块和电路拓扑结构简单,可以根据实际需求进行调节和扩展,鲁棒性好等优点。但是随着社会的发展,电力传输中的电压等级越来越高,桥臂中的子模块的数量越来越多,导致系统的硬件成本不断提高,占地面积越来越大,系统动态追踪难度增大,上述问题都制约了模块化多电平换流器的发展。针对上述问题,通过研究现有的模块化多电平换流器和阶调式模块化多电平换流器(GC-MMC),提出了多模块阶调式模块化多电平换流器(MGC-MMC),并且进行了如下工作:(1)针对模块化多电平换流器和阶调式模块化多电平换流器存在的成本较高的问题,提出了新的多模块阶调式模块化多电平换流器。(2)因为多模块阶调式模块化多电平换流器模块之间的电压成比例,传统的稳压算法无法适用,所以提出了一种适用于MGC-MMC的电容电压平衡算法,经过仿真验证了所提的电容电压平衡算法的有效性,通过对比普通MMC验证了MGC-MMC性能的优越性。(3)通过研究MMC的阀级控制策略和站级控制策略,分析了基于MMC的直流输电的双闭环控制原理,然后采用dq解耦的控制方法,在matlab环境中搭建了基于MGC-MMC的柔性直流输电的仿真系统模型,输出波形质量好,谐波含量少,子模块数量大大减少,提高了直流输电的性能。并进行了经济性验证,验证结果表明在输出相同的电平数量的前提下,MGC-MMC的子模块成本大幅降低。(4)对MGC-MMC进行了进一步研究,研究了子模块冗余问题,仿真结果表明,本文提出的MGC-MCC继承了普通MMC的冗余特性,当子模块发生故障后,用热备冗余子模块替换故障的子模块后能够正常工作,最后还分析了MGC-MMC在直流短路情况下可以实现直流故障穿越,实现保护电力系统的功能。

关键词：模块化多电平换流器阶调式模块化多电平换流器电容电压平衡算法冗余子模块直流故障穿越

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柔性直流输电系统中受端故障功率盈余问题研究

柔性直流输电系统中受端故障功率盈余问题研究

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作者：邢阳山东大学

学位级别：硕士

“碳中和”目标给新能源的开发利用带来了巨大机遇,基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流输电技术能够为新能源基地提供并网电压,是未来技术发展与工程建设的重点对象。在新能源发电经MMC柔直送出的输电系统中,受端交流电网故障时... 详细信息

“碳中和”目标给新能源的开发利用带来了巨大机遇,基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流输电技术能够为新能源基地提供并网电压,是未来技术发展与工程建设的重点对象。在新能源发电经MMC柔直送出的输电系统中,受端交流电网故障时出现的盈余功率会引起直流过压甚至输电系统停运。为了解决以上问题,本文在分析MMC工作原理及控制方法的基础上,提出了一种基于MMC正常子模块升压储能的盈余功率控制策略及一种用于吸纳盈余功率的冗余子模块投切策略。在基于MMC正常子模块升压储能的盈余功率控制策略中,受端交流系统故障时启动储能策略,按设定储能功率计算正常子模块电容电压值,将其作为参考电压值作用于最近电平逼近调制（NLM）环节中,提高正常子模块电容电压的同时减少各相投入的正常子模块数,实现盈余功率的吸纳,稳定交直流电压。受端交流系统故障清除后启用释能策略,按设定释能功率改变正常子模块电容电压参考值,使子模块电容电压与各相投入的正常子模块数逐步恢复至额定值,在换流站功率裕度内平稳释放盈余能量。用于吸纳盈余功率的冗余子模块投切策略将MMC中的冗余子模块配置为零电压热备用形式。根据桥臂电流方向控制冗余子模块的投切,使桥臂电流为冗余子模块充电储能或放电释能,为了避免冗余子模块投切带来的电压扰动,同时投切等效数量的正常子模块抵消电压变化。该策略能够充分利用冗余子模块的储能能力,降低第一种策略中正常子模块电容升压幅度。经过Simulink仿真与RT-Lab实时仿真验证,本文所提两种策略能够充分发挥MMC本身子模块应对盈余功率的能力,在保证交流侧电压稳定的同时,完成盈余功率的吸纳与释放再利用,抑制直流侧过压,以实际工程参数为依据,应用所提策略可以减少25%～30%耗能电阻的使用。

关键词：柔性直流输电模块化多电平换流器盈余功率控制最近电平逼近调制冗余子模块

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基于半桥型MMC-HVDC的直流侧故障隔离方案研究

基于半桥型MMC-HVDC的直流侧故障隔离方案研究

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作者：沈峰西南交通大学

学位级别：硕士

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借自身灵活可拓展的拓扑结构与相比于传统电压源性换流器(Voltage Source Converter,VSC)具有更佳输出特性的优势,在柔性直流输电领域受到了广泛关注和应用。随着电力电子技术... 详细信息

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借自身灵活可拓展的拓扑结构与相比于传统电压源性换流器(Voltage Source Converter,VSC)具有更佳输出特性的优势,在柔性直流输电领域受到了广泛关注和应用。随着电力电子技术的飞速发展,柔性直流输电技术也日新月异。从以前的低电平、低容量到现在的高电平、大容量,柔性直流输电系统对直流侧故障隔离的要求也越来越高。半桥子模块(Half-bridge Submodule,HB-SM)被广泛应用于基于模块化多电平变换器的直流输电系统(MMC-HVDC)中,但是这种子模块拓扑无法隔离直流侧故障,且在交流侧电流的馈入下,直流故障电流将长时间存在。本文首先对MMC-HVDC直流输电系统直流侧故障暂态特性进行了分析,通过故障时的等效电路求出了故障电流解析表达式。在分析故障机理的基础上总结了故障判据并提供了相应的故障检测方法,在PSCAD/EMTFDC电磁暂态仿真平台上搭建了相应仿真模型验证了故障检测方法的有效性。鉴于已有的单晶闸管法(Single Thyristor Switch Scheme,STSS)和双晶闸管法(Dual Thyristor Switch Scheme,DTSS)分别存在整流器效应以及隔离速度慢,过流水平高的缺点,本文改进了冗余子模块拓扑,提出一种基于冗余子模块的MMCHVDC直流侧故障切除方法。通过将其应用于两端有源MMC-HVDC系统,解决了基于半桥型子模块的MMC-HVDC在直流短路故障后由于整流器效应导致交流系统向短路点提供直流短路电流,造成短路点无法灭弧的问题;限制传统“双晶闸管法”下故障期间交流侧电流馈入换流器造成的换流器桥臂过流水平;大大加快直流侧故障电流衰减速度;对于非永久性直流侧故障不需要断开交流断路器,利于整个系统快速重启,提高了系统运行可靠性。在故障检测方法和冗余子模块法的基础上提出了MMC-HVDC直流侧故障保护流程与故障后系统重启时序。通过所提故障检测方法检测出故障后,应用冗余子模块法切除故障,在直流故障切除后,系统进入重启模式。最后通过仿真验证了整个流程的有效性。

关键词：直流故障双晶闸管法模块化多电平换流器冗余子模块

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