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作者：党琪华中科技大学

学位级别：硕士

柔性直流输电技术相比传统的输电技术,运行方式更加灵活,系统的可控性更好。鉴于模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）拓扑结构的优势明显,高压直流输电系统（High Voltage Direct Current,HVDC）开始采用MMC拓扑,... 详细信息

柔性直流输电技术相比传统的输电技术,运行方式更加灵活,系统的可控性更好。鉴于模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）拓扑结构的优势明显,高压直流输电系统（High Voltage Direct Current,HVDC）开始采用MMC拓扑,从而形成了MMC-HVDC系统。MMC-HVDC系统结合了模块化多电平拓扑和直流输电的优势,适用于高电压大功率的场合,在新能源并网、电网互联、孤岛供电以及多端直流输电等领域也都有广大的应用前景。分析研究MMC-HVDC系统对于未来电网的建设具有重大意义,其中关于此系统的故障分析也是一项重要的研究内容。关于MMC-HVDC系统站内故障和交流侧故障的研究已较为丰富和成熟,而作为该系统运行中常见故障之一的直流侧故障,其研究还需要进一步深化。本文针对MMC-HVDC系统直流侧故障进行了以下研究:（1）分析了MMC的拓扑结构并搭建相关数学模型,阐述了MMC的基本工作原理,并从调制策略、均压控制和环流抑制三方面介绍了MMC的基本控制策略。在此基础上,介绍了MMC-HVDC系统的工作原理,并从系统级、换流站级和换流阀级三个层面对MMC-HVDC系统的控制策略进行了阐述。（2）分析了MMC-HVDC系统直流侧三种故障的故障机理,建立了相应的数学模型,着重对故障电流特性进行了分析,提出了故障电流的解析计算式。其中,以双极短路故障为研究重点,分析了故障闭锁前后的电流特性,并且给出了换流站闭锁后桥臂电流的解析计算式。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对理论研究的准确性进行了验证。（3）以张北四端柔性直流输电工程为例,分析了多端MMC-HVDC系统的直流侧故障,提出多端柔直系统中直流侧故障电流的解析计算方法。首先,建立多端直流系统的等效电路网络;其次,分析了直流侧极间短路故障和单极接地故障并建立故障后的电路网络,得到相应的预故障矩阵和故障矩阵来求解支路电流;然后提出了另一种频域内求解故障电流的思路;最后,通过仿真平台对理论推导进行验证。（4）直流侧故障电流暂态特性受多方面因素的综合影响,分别分析讨论了故障位置、电气参数以及交流系统馈入量对故障电流的影响。分析交流侧馈入电流对故障电流的影响时,改进了第三章提出的等效放电回路并引入修正因子,得到了改进后的故障电流解析表达式,利用仿真平台对理论分析的正确性进行了验证。

关键词：模块化多电平换流器高压直流输电直流侧故障故障电流影响因素

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基于MMC直流阻抗重塑的直流故障限流控制策略

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南方电网技术 2022年第9期16卷 8-17页

作者：吴轲郭约法梁伟锋邓文军广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523008 四川大学电气工程学院成都610065

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统是一个低惯量、弱阻尼系统,一旦发生直流短路故障,急速上升的故障电流将损坏电力电子设备、破坏电网安全运行。为研究故障限流方法,首先根据功率平衡原理将模块化多电平换流器(modular multi-l... 详细信息

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统是一个低惯量、弱阻尼系统,一旦发生直流短路故障,急速上升的故障电流将损坏电力电子设备、破坏电网安全运行。为研究故障限流方法,首先根据功率平衡原理将模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)等效为受控电流源,计及MMC的子模块投入比例系数分别建立了不同控制模式下的直流阻抗频域模型。然后分析了换流器电路参数和控制参数对故障电流的影响规律,得出了关键影响因素为桥臂电感和子模块投入比例,进而提出了基于直流阻抗重塑的故障限流控制策略,通过自适应减小子模块投入比例抑制故障电流上升。最后,通过仿真验证了所建直流阻抗的准确性和故障限流控制的有效性。

关键词：模块化多电平换流器直流阻抗直流故障故障电流影响因素故障限流控制

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基于MMC的柔性直流输电系统故障电流分析与抑制研究

基于MMC的柔性直流输电系统故障电流分析与抑制研究

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作者：陈强合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,柔性直流输电技术在新能源发电、清洁能源并网、城市配电网、多端直流输电、孤岛供电等重要领域展现出广阔的应用前景,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于其开关频率低、谐波含量少、模块化程度高等优点... 详细信息

近年来,柔性直流输电技术在新能源发电、清洁能源并网、城市配电网、多端直流输电、孤岛供电等重要领域展现出广阔的应用前景,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于其开关频率低、谐波含量少、模块化程度高等优点已成为柔性直流输电工程建设优选拓扑结构。本文以基于MMC的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)为研究对象,对系统稳态运行控制理论和交、直流侧故障暂态运行特性进行研究分析,重点分析了 MMC直流侧双极短路故障的过电流发展演化过程,并提出相应的短路故障电流抑制措施。采用机理建模理论分析结合仿真验证的方法进行了以下几个主要方面的研究:(1)梳理总结MMC换流器主电路、子模块拓扑结构及工作原理,详细分析了适用于MMC-HVDC系统的最近电平逼近调制策略、基于电容电压排序的子模块均压控制策略、基于二倍频负序相间环流抑制策略等控制理论。(2)建立了 MMC在abc三相静止坐标系及dq旋转坐标系下的数学模型,在此基础上通过双环解耦控制策略设计MMC整体控制器结构,建立系统稳态模型。(3)采用直流侧经大电阻接地方式,在Matlab/Simulink环境下搭建了 11电平MMC-HVDC系统交、直流侧故障仿真模型,对故障发生演化过程进行仿真分析,仿真表明:在直流侧单极接地故障下MMC输出电压发生Udc/2大小的偏置,此时系统仍可正常传送功率;断线故障与交流系统故障下系统终止功率传输,同时伴随过电压、过电流的产生威胁到系统的安全。(4)建立了 MMC直流侧双极短路故障暂态电流解析模型,在此基础上分析影响故障电流的主要系统参数,分析表明:桥臂电感Lo、电容Co分别对故障电流起抑制、促进的作用,回路电阻Req能够加速闭锁后故障电流的衰减;最后,提出一种基于虚拟阻抗和阻尼电阻的过电流抑制方法,仿真表明其对故障电流峰值抑制30%,验证了该方法的有效性。

关键词：模块化多电平换流器稳态控制策略故障特性分析故障电流影响因素

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