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作为新一代的电压源换流器(Voltage Sourced Converter,VSC)拓扑,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)在兼具VSC所有优势的同时,还具有输出波形品质高、扩展性好、开关频率低以及运行损耗低等诸多优势,已成为全世界工业界和学术界的研究热点之一。基于架空线的柔性直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)在我国有很广阔的应用前景和发展潜力,然而目前还有一系列关键问题没有得到很好地解决,因此深入系统地研究适用于架空线的柔性直流输电技术具有实际工程意义。本文试图从以下几个方面对适用于架空线的MMC-HVDC进行较为系统的讨论:(1)根据MMC运行特性,研究了 MMC交流侧和直流侧的数学模型。针对弱系统接入场合,比较了电流矢量控制和功率同步控制的故障响应特性,研究了采用电流矢量控制的换流站在故障后失稳的原因。针对采用功率同步控制的换流站,基于交流电压响应特性,研究了受端系统中直流功率比例的极限。(2)提出了基于分段解析公式的MMC-HVDC阀损耗计算方法。将阀损耗分解为通态损耗、必要开关损耗以及附加开关损耗。对于阀损耗的前2个部分,通过解析公式对其进行精确描述;而对于附加开关损耗,给出估算其大小的方法。针对不同子模块构成的MMC,详细推导了采用分段解析公式计算阀损耗的公式。最后针对半桥子模块构成的MMC场景,通过算例对阀损耗进行了计算和验证。(3)提出了一种改进的MMC-HVDC停运策略,将整个停运过程划分为能量反馈阶段,可控能量耗散阶段和不可控能量耗散阶段。在能量反馈阶段,通过提高调制比,三次谐波注入,调节联接变压器变比以及备用子模块的投入来降低子模块电容电压,进一步提高了能量利用效率。在可控能量耗散阶段,通过直流线路或者启动电阻对子模块电容进行放电,能够避免直流侧放电电阻的使用,有利于降低工程成本。在不可控能量耗散阶段,只通过子模块电阻对子模块电容进行放电。能够提高子模块电容能量利用率,实现MMC-HVDC停运时的平滑过渡并且加快停运过程。(4)针对LCC-MMC混合式直流输电系统,提出了基于解析公式的直流谐波电流和直流回路阻抗计算方法。在直流谐波电流和直流回路阻抗计算过程中,整流站采用三脉动谐波电压源代替,逆变站采用所提出的MMC直流侧等效无源电路代替,直流线路采用多相耦合输电线路模型。所提出的方法计算简单且精度高,可以在直流系统主回路设计时避免耗时的时域仿真法,显示出较高的工程应用价值。(5)针对 MMC 型多端直流输电系统(MMC based Multi-terminal Direct Current,MMC-MTDC)直流侧故障下直流系统的响应特性,基于半桥子模块型换流器附加直流断路器的方案和改进子模块型换流器的方案,研究了以下两点内容:i)研究了直流故障下MMC-MTDC故障电流的变化规律,根据换流站闭锁与否,分别提出了相应的直流侧短路电流快速计算方法,用于确定直流断路器的性能要求;ⅱ)分别研究了两种方案处理直流故障的方法,分析直流故障后不同阶段交流系统受到的影响,并且基于仿真结果对比了两种方案对交流系统功角稳定性的影响。