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模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是一种新型的电压源换流器拓扑,因具有输出电能质量高、开关损耗低、易于扩展等优势而成为多电平换流技术领域中的研究热点;柔性直流输电具有灵活可控、功率独立调节、谐波水平低、无换相失败问题、可为无源系统供电等特点,在新能源发电技术兴起的电力时代下,受到世界范围内的工程研究人员和学者的高度关注,并成为解决可再生能源发电并网、孤岛供电等问题的重要手段。将MMC应用于柔性直流输电中,有利于构建新一代灵活、高效、经济、环保、智能、可靠的输电系统,提高了我国换流技术与输电技术水平。本文以MMC型柔性直流输电系统为研究对象,并以PSCAD/EMTDC(Power Systems Computer Aided Design/ Electro Magnetic Transient in DC System)为仿真平台,对MMC型柔性直流输电控制策略相关内容进行研究、设计和仿真验证。 首先,介绍了课题研究现状与意义。简要阐述了多电平换流器和柔性直流输电技术的研究、发展和应用现状,并给出已投运的MMC型柔性直流输电工程概况,论证了本文所选课题具有重要研究价值和现实意义。 其次,阐述了MMC相关理论。从MMC拓扑和子模块结构着手,清晰、准确地介绍了MMC的工作原理;基于电路理论推导出MMC等效电路;建立了时域和频域内、电网正常状态和不对称状态下的MMC数学模型,为MMC型柔性直流输电控制策略的研究奠定基础。 然后,对MMC型柔性直流输电系统的阀级控制策略进行研究与设计。着重介绍了当前工程中应用较多的最近电平逼近调制、载波层叠脉宽调制、载波移相脉宽调制原理。考虑到实际工程中电平数一般都较多,故选择极其适用于电平数较多的高压大功率柔性直流输电场合的最近电平逼近调制策略作为本文阀级调制方式,并对基于此调制策略的排序法均压策略进行数学分析和仿真验证,比较了传统均压策略和优化均压策略在均衡电压和开关损耗两方面的控制效果。 最后,对MMC型柔性直流输电系统的系统级和换流站级控制器进行研究设计和仿真验证。各层控制系统之间衔接紧密,设计时特别注意上级与下级系统之间参数的合理搭配。对于设计好的系统和各层控制器,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,从阀级、换流站级、系统级三个层次展示和分析了仿真结果。系统的有效运行,验证了本文设计的系统和控制策略的正确性和可行性。