【摘 要】
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我国可再生能源资源丰富,已成为世界第一风电大国和世界第一光伏大国。但我国各地区间的可再生能源供应能力与负荷需求不匹配,电能需要进行远距离、大功率的输送;同时随着各种大规模可再生能源接入电网,传统的电网结构和电力装备越来越不能满足可再生能源外送和接纳的需求。基于电网换相换流器（Line Commutated Converter,LCC）和模块化多电平换流器（Modular Multilevel Co
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我国可再生能源资源丰富,已成为世界第一风电大国和世界第一光伏大国。但我国各地区间的可再生能源供应能力与负荷需求不匹配,电能需要进行远距离、大功率的输送;同时随着各种大规模可再生能源接入电网,传统的电网结构和电力装备越来越不能满足可再生能源外送和接纳的需求。基于电网换相换流器（Line Commutated Converter,LCC）和模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）的多端混合直流输电系统是解决上述问题的有效技术手段之一。多端混合直流输电系统主回路参数计算包括主回路设备参数设计和主回路稳态运行参数计算,是系统设计的基础和基本环节。当前关于多端直流输电系统主回路参数计算的研究主要集中于基于LCC的常规直流输电,而对基于MMC的柔性直流输电和基于LCC和MMC的混合直流输电研究很少。本文首先以LCC换流站和MMC换流站为基本研究单元研究了其主回路参数计算,然后考虑了多端混合直流输电系统的拓扑结构、控制方式和运行方式,进一步研究了整个系统的主回路参数计算。研究过程中,本文针对当前存在的问题进行了深入研究并提出了创新性解决方法。在LCC换流站主回路参数计算方面,本文推导了换流变压器短路阻抗最低限值的计算公式;针对多端系统中的LCC换流站,讨论了其换流变压器分接头挡位的确定方法;分析了不同换流变分接头控制方式下的主回路稳态运行参数计算流程;通过实际工程算例验证了 LCC换流站主回路参数计算方法的正确性。在MMC换流站主回路参数计算方面,本文建立了 MMC及其控制系统的状态空间模型;改进了联接变压器阀侧额定电压和直流电抗器电感值的设计方法;介绍了子模块数量和子模块电容的取值方法;考虑多种因素,提出了桥臂电抗器电感值的设计流程;为了更直观地分析功率运行范围边界,采用解析法推导了功率运行范围五种约束条件的数学表达式;提出了通过求解MMC本体或MMC本体及其控制系统的非线性方程组计算MMC主回路稳态运行参数的方法,分析了不同控制方式下非线性方程组的求解情况;介绍了计算非正弦电气量最值的逐点扫描法;通过实际工程算例验证了主回路设备参数设计方法的正确性;建立了单端MMC的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了主回路稳态运行参数计算方法的有效性。在多端混合直流输电系统主回路参数计算方面,本文分析了多端混合直流系统的控制方式和运行方式;提出了一种多端系统直流网络的节点导纳矩阵生成方法,可以适用于不同的拓扑结构、运行接线方式和电阻水平,并依据节点导纳矩阵建立了节点电压方程来求解各换流站的直流电压和直流电流;针对含MMC换流站的多端柔性直流输电系统和多端混合直流输电系统,提出了一种模块化求解主回路稳态运行参数的交替迭代法,该方法适用于不同的控制策略,并且避免了一次联立求解时未知变量多、模型复杂的问题;给出了一个多端混合直流输电工程主回路参数计算示例;建立了主从控制和直流电压下垂控制下三端直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,通过对比仿真结果和交替迭代法的计算结果证明了交替迭代法是正确有效的。
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