模块化多电平VSC-HVDC换流器的优化控制研究

【摘要】电压源型换流器高压直流输电(VoltageSourcedConverterbasedHVDCVSC-HVDC)技术是一种新型的直流输电技术,已有的工程运行经验表明,其非常适合孤岛供电、新能源并网和城市配电网增容等领域应用。近年来围绕VSC-HVDC技术的研究取得了一系列的突破,其中最引人注目的是模块化多电平换流器(ModularMulti-levelConverter,MMC)在直流输电工程上的成功应用。MMC自身储能单元能量的有效控制是保证系统暂稳态运行性能的基础和关键。然而,随着输送容量和直流电压等级的提升,MMC所需储能单元急剧增加,对控制系统提出了更高的要求。再者,拓扑结构和工作机理的不同使得MMC在某些工况下的暂态特性相比于传统两电平、三电平换流器有较大区别。本文以MMC-HVDC换流器能量平衡控制机理为出发点,对换流器在对称以及桥臂子模块数和电网电压两种非对称工况下的暂稳态特性及其优化控制策略进行了研究。1、研究了计及各桥臂子模块数量差异的MMC-HVDC数学模型。建立了完整的MMC开关周期平均模型,推导了桥臂交流小信号模型；考虑子模块电容电压之和与直流电压的差异,建立了系统对称和两种典型非对称工况下MMC的低频等效模型。2、研究了MMC-HVDC换流器能量平衡控制策略及功率运行区间的优化方法。分析了桥臂分段电容电压平衡机理,提出了两种段间电容电压平衡控制策略；分析了MMC开关频率的影响因素,提出了以满足周期内最值控制要求为目标的段内电容电压优化控制策略,有效降低了器件的等效开关频率；分析了上下桥臂、相间以及总的子模块能量平衡控制机理,讨论了不同站级有功类控制方式下总的子模块电容电压控制的实现方式；提出了基于三倍频调制电压注入和子模块基值调整的MMC-HVDC换流器功率运行区间优化方法。3、研究了基于分桥臂电流控制的子模块故障非对称容错控制策略。分析了故障子模块旁路退出对MMC内部及输出特性特性的影响,讨论了保证系统持续运行的子模块故障数量上限；提出了改进的分桥臂电流控制策略,结合两种子模块电容电压控制目标,改善了MMC的子模块故障非对称容错控制效果。4、研究了基于子模块电容电压和环流预估的非对称电网故障穿越优化控制策略。基于瞬时功率平衡理论,提出了子模块电容电压在线预估实现方案；讨论了非对称电网电压下各序分量对MMC内部及直流侧变量的影响；明确了暂态期间子模块电容电压和桥臂环流等内部变量的预期控制目标；提出了基于子模块电容电压预估调制和桥臂环流预估控制的复合控制策略；结合具体的站级控制策略,仿真分析了复合控制策略对改善系统暂态运行性能的控制效果。5、开展了401电平MMC-HVDC动模系统相关控制策略的试验研究。介绍了401电平物理动模、混合实时仿真平台的系统架构和主要功能,基于两种试验系统分别进行了分段电容电压平衡和非对称电网故障穿越优化控制动模试验,试验结果验证了相关理论分析和所提出的控制策略的正确性。
【作者】孔明；
【导师】汤广福；
【作者基本信息】中国电力科学研究院，电力电子与电力传动，2014，博士
【关键词】模块化多电平换流器；高压直流输电；优化控制；能量平衡；非对称工况；

【参考文献】
[1]赵兰雪.抗白念珠菌生物被膜中药成分的筛选及机制研究[D].福建中医药大学,中药学,2013,硕士.
[2]臧慧.基于LCells超像素的Graph Cuts图像分割算法研究[D].吉林大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[3]薛钰.NAT64设备性能及组网部署方案研究[D].北京交通大学,2014.
[4]杨亚光.基于小波变换和电力电子技术的高压电源快切应用研究[D].天津理工大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[5]叶玲.无线传感器网络环境下基于卡尔曼滤波器的精确时间同步协议研究[D].西南大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[6]乔振华,任亚飞.石墨烯中量子反常霍尔效应研究进展[J].深圳大学学报(理工版),2014,06:551-560.
[7]刘程.太阳能—相变水箱蓄热系统的运行特性研究[D].西南交通大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2014,硕士.
[8]曹勇,林晓东,王雪吟,郑明森,董全峰.MnO/石墨烯复合材料的制备及其作为锂离子电池负极的研究[J].厦门大学学报(自然科学版),2014,05:670-673.
[9]吴宇.小型移动水质监测系统的研究[D].浙江大学,2013.
[10]史玉叶.干扰素-α联合高三尖杉酯碱对K562细胞增殖和β-catenin表达的影响[D].南方医科大学,内科学,2012,硕士.
[11]金广业,岑传明.FX系列打字机代替PT系列打字机的方法[J].冶金自动化,1988,04:61-62.
[12]周子栋.雷锋精神的当代价值[D].西南大学,伦理学,2013,硕士.
[13]王晋.一种基于移动代理的自适应的分布式入侵检测系统的架构与实施[D].中国科学院研究生院（软件研究所）,2005.
[14]姜永波,孙向成.基于数据挖掘的客户关系管理[J].中国科技信息,2005,09:202.
[15]聂硕.车间通信场景中的信息流与交通流作用关系的仿真研究[D].北京交通大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[16]王艳.大型制造企业项目化管理模式及其绩效评价研究[D].哈尔滨理工大学,企业管理,2012,硕士.
[17]王亚平.思想政治教育科学化初探[D].中国人民大学,思想政治教育,2012,硕士.
[18]王云志.论股权善意取得的认定标准[D].中国政法大学,民商法学,2012,硕士.
[19]叶文晖.引入CRM开创高校实验室管理的新模式[J].中国科技信息,2005,10:228-230.
[20]张淑敏.“纵横波联合勘探方法试验”成果技术评审会圆满结束[J].石油地球物理勘探,1992,01:12.
[21]刘红明.协商民主视域下中国政党制度建设研究[D].燕山大学,政治学理论,2013,硕士.
[22]刘丹.我国劳动力市场现状对企业薪酬规划的影响[D].辽宁师范大学,应用数学,2012,硕士.
[23]闫涛,渠展展,刘赟甲,惠东,小林真一,张学龙.新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统[J].电力系统自动化,2015,03:103-109.
[24]张勇.百胜餐饮中国事业部哈尔滨物流中心营运策略研究[D].吉林大学,工商管理,2013,硕士.
[25]蔡伟庆.高职土建类实训软件的设计与开发[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[26]叶啸.中文报纸官方新浪微博的使用现状及问题研究[D].上海外国语大学,新闻学,2013,硕士.
[27]肖丹.外贴钢板加固砌体结构的抗震研究[D].扬州大学,建筑与土木工程（专业学位）,2012,硕士.
[28]程成.王斐波:情系教坛吐芳华[J].教育与职业,2015,04:40-42.
[29]吴鹏举.光伏并网通信管理机的设计与实现[D].北京交通大学,电气工程（专业学位）,2013,硕士.
[30]肖友利.成都市合作社社员满意度的影响因素研究[D].西南交通大学,行政管理,2013,硕士.
[31]黄颖松.基于广义遗传算法优化的脱硫静态模型的研究[D].重庆大学,2003.
[32]薛纪辉.外保温墙体传湿试验及模拟研究[D].哈尔滨工业大学,结构工程,2014,硕士.
[33]马君.秸秆的氨化厌氧发酵工艺优化与反应器的启动[D].陕西科技大学,环境工程,2013,硕士.
[34]徐舜开.碳纳米管及TiO_2复合材料对三氯苯的吸附与再生研究[D].湖南大学,2010.
[35]李世达.预制混凝土框架柱及节点抗震性能试验研究[D].哈尔滨工业大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[36]李守宇.军用车牌无线导航装置的设计与实现[D].大连海事大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[37]居诗如.苍龟探穴针法治疗腰三横突综合征的临床研究[D].湖北中医药大学,针灸推拿学,2013,硕士.
[38]吕红霞.A公司大客户风险评估及赊销标准的确立[D].清华大学,2004.
[39]郝颖.1850-1914年伦敦贫民住房政策及其演变[D].西南大学,世界史,2014,硕士.
[40]孙强,李建华,李生红,许欢庆.基于概念联想网络的网页预取模型[J].上海交通大学学报,2004,05:779-782.
[41]曾冬梅.基于非线性滤波器的视频图像卡通化的关键技术研究[D].华侨大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[42]吴瑞雪.适应之痛：从学生到职员[D].南京师范大学,发展与教育心理学,2012,硕士.
[43]温静.秦岭河谷型乡镇住宅节能适宜性技术研究[D].长安大学,建筑技术科学,2013,硕士.
[44]边芳.磁共振胆胰管成像评价胰胆管汇合分型与胰腺炎发病的关系[D].郑州大学,影像医学与核医学,2013,硕士.
[45]范雪萍.网站群内容管理系统的设计与实现[D].北京化工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[46]茆倩.现代诚信“源”、“原”分析及其整合[D].河海大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[47]朱平.屋面雨水回灌岩溶水工程设计与效益分析[D].济南大学,水文学及水资源,2012,硕士.
[48]王英文.大学生全程化就业指导体系研究[D].华侨大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[49]本刊记者.宁波千普——中国机电液价值创新者[J].橡塑技术与装备,2014,18:1-8.
[50]沈波.胆管癌微血管计数和VEGF、VEGF受体及核因子kB的表达及意义[D].浙江大学,外科学,2004,硕士.