基于MMC柔性直流输电背靠背样机的研制
基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究
基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，直流配电网，特别是基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的柔性直流配电网，逐渐成为未来智能电网的重要组成部分。
然而，与传统的交流配电网相比，直流配电网的故障特性和保护策略存在显著差异，这使得故障定位和保护配置面临诸多挑战。
因此，本文旨在深入研究基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置问题，以提高电网的安全性和稳定性。
本文首先对柔性直流配电网的基本结构和工作原理进行介绍，重点阐述MMC的工作原理及其在直流配电网中的应用。
在此基础上，分析柔性直流配电网中可能出现的故障类型及其特性，包括线路故障、换流器故障等。
接着，本文深入探讨现有的故障定位方法，如行波法、阻抗法等，并分析其在柔性直流配电网中的适用性。
同时，针对柔性直流配电网的故障特性，研究适用于该系统的保护配置方案，包括过流保护、欠压保护等。
本文还将通过仿真实验和实际案例分析，对所提出的故障定位方法和保护配置方案进行验证。
通过仿真实验，模拟不同故障场景下电网的动态行为，评估故障定位方法的准确性和保护配置方案的有效性。
结合实际案例，分析故障发生的原因和处理过程，为实际工程应用提供参考。
本文旨在通过理论分析和实验研究，为基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置提供有效的解决方案，为推动直流配电网技术的发展和应用提供理论支持和实践指导。
二、MMC技术及其在柔性直流配电网中的应用模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是一种新型的高压大功率电力电子变换技术，由德国学者R. Marquardt和A. Lesnicar于2002年首次提出。
MMC由多个结构相同、相互独立的子模块（Sub-Module，SM）级联而成，通过控制子模块的投入与切除，可以灵活地调节输出电压的幅值和极性，从而实现直流电网的灵活、高效、可靠运行。
MMC型柔性直流输电换流器电容电压平衡控制策略研究
MMC型柔性直流输电换流器电容电压平衡控制策略研究近年来，随着电力系统的发展，MMC型柔性直流输电换流器逐渐得到广泛应用。
然而，在实际运行中，由于电容电压的不平衡，可能会导致换流器的性能下降和系统的不稳定。
因此，研究MMC型柔性直流输电换流器电容电压平衡控制策略具有重要意义。
首先，需要了解MMC型柔性直流输电换流器的结构和工作原理。
MMC型换流器由多个子模块组成，每个子模块包含一个电容和一个可控开关。
这些子模块通过串联或并联连接在一起，形成整个换流器。
在工作时，通过调整开关的状态，可以控制电流流向，实现直流和交流之间的转换。
然而，由于电容的存在，换流器中的电容电压往往会发生不平衡。
这可能是由于电容参数的不一致，或者是由于负载的不平衡引起的。
电容电压的不平衡会导致电流的不均匀分布，从而影响换流器的性能和系统的稳定性。
为了解决这个问题，研究人员提出了一种基于电容电压平衡控制策略的方法。
具体而言，该方法分为两个步骤：首先，通过测量电容电压的大小和方向，确定电容电压的不平衡程度；然后，根据不平衡程度，通过调整开关状态来平衡电容电压。
在实际应用中，可以使用PID控制器来实现电容电压的平衡控制。
PID控制器根据电容电压的误差信号，调整开关状态，使电容电压趋于平衡。
此外，还可以结合模糊控制、神经网络等方法，提高电容电压平衡控制的精度和鲁棒性。
通过以上的研究，可以发现MMC型柔性直流输电换流器电容电压平衡控制策略对于提高换流器性能和系统稳定性具有重要意义。
进一步的研究可以探索更加精确和鲁棒的控制方法，以应对电容电压不平衡带来的挑战。
希望这项研究能为MMC型柔性直流输电换流器的应用和发展提供参考。
基于MMC的柔性直流输电电容电压波动抑制方法
第45卷第5期电力系统保护与控制V ol.45 No.5 2017年3月1日Power System Protection and Control Mar. 1, 2017 DOI: 10.7667/PSPC161517基于MMC的柔性直流输电电容电压波动抑制方法蔡永梁1，任成林1，周竞宇1，岳 伟2，刘小勇2，张世超2，刘 林2(1.中国南方电网超高压输电公司，广东 广州 510620；2.梦网荣信科技集团股份有限公司，辽宁 鞍山 114051)摘要：经过分析模块化多电平换流器上下桥臂电流成分以及子模块电容电压波动特性，计算桥臂子模块电容2倍频电流，提出了一种抑制柔性直流输电电容电压波动的方法。
该方法通过向桥臂中注入2倍频电流来抑制电容电压波动。
设计了2倍频谐波注入控制器，通过控制桥臂中2倍频环流的大小来达到最优化减小子模块电容电压波动。
通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零和注入二次谐波情况下的电容电压波动大小，并对电容电压波动进行了谐波分析，验证了所提出方法的正确有效性。
关键词：MMC；电容电压；波动抑制；2次谐波注入Control strategy for suppressing capacitor voltage ripple of MMC-HVDCCAI Yongliang1, REN Chenglin1, ZHOU Jingyu1, YUE Wei2, LIU Xiaoyong2, ZHANG Shichao2, LIU Lin2(1. CSG EHV Power Transmission Company, Guangzhou 510620, China;2. Montnets Rongxin Technology Group Co., Ltd., Anshan 114051, China)Abstract: By analyzing upper and lower bridge arm current component of modular multilevel converter and characteristic of sub-module capacitor voltage ripple, and calculating the doubling-frequency current of MMC capacitor, this paper proposes an algorithm for suppressing the capacitor voltage ripple through injecting doubling harmonic current in the arm bridge current of MMC. The doubling harmonic current injection controller is designed to control the value of the current and get the optimal doubling harmonic thus to minimize the capacitor voltage fluctuation of sub-module. The capacitor voltage ripple range is compared when the suppressing circulating current is zero and second harmonic current is injected by using the simulation results based on PSCAD environment, and the capacitor voltage harmonic distortion rate is analyzed. The results verify the validity and efficiency of the algorithm.Key words: MMC; capacitor voltage; ripple suppression; second harmonic current injection0 引言基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)，相对于传统直流输电相比，主要优势表现在控制灵活、无换相失败、可为无源系统供电、谐波水平低无需交直流滤波器、无需无功补偿设备等。
基于MMC的柔性直流输电换流阀型式试验方案_侯婷
考核换流阀应从运行和绝缘 2 方面考核阀的设 计，因此型 式 试 验 可 以 分 为 运 行 试 验 和 绝 缘 试 验 两 大类［12］。 4. 1 运行试验
运行试验的目的是检验阀及相关电路，在运行状 态中最严重的重复作用条件下通态、开通和关断状态 时，对于电流、电压和温度的作用是否合适，同时证明 阀电子电路 和 阀 主 回 路 之 间 相 互 作 用 的 正 确 性［13］。 具体试验项目及要求如下。 4. 1. 1 最小直流电压试验
南澳柔性直流输电工程是世界上第 1 个多端柔 性直流输电工程，于 2013 年 12 月 25 日正式投产。 一期为 三 端 直 流 输 电 系 统，远 期 为 四 端 直 流 输 电 系统。
62 http： / / www ． cepc． com． cn
第 35 卷第 12 期
侯婷，等： 基于 MMC 的柔性直流输电换流阀型式试验方案
同样地，桥臂电流也是由直流分量和交流分量叠 加而成的复合变量，如图 3 所示，iq 为下桥臂电流，其 中直流 分 量 iq_dc 为 直 流 极 线 电 流 的 1 /3，交 流 分 量 iq_ac为交流输出电流的 1 /2。
2 南澳柔性直流输电工程基本参数
图 3 MMC 桥臂电流 Fig. 3 Bridge-arm current of MMC
目前一期在南澳岛上建设 2 个送端换流站（ 金牛站和 青澳站） ，在澄海区塑城站近区建设 1 个受端换流站 （ 塑城站） ，工程具体参数如表 1 所示。
表 1 南澳柔性直流输电工程基本参数 Table 1 Basic parameters of Nan'ao flexible DC
transmission project
基于半桥型MMC的柔性直流电网故障限流方法综述
第49卷第21期电力系统保护与控制Vol.49 No.21 2021年11月1日Power System Protection and Control Nov. 1, 2021 DOI: 10.19783/ki.pspc.210078基于半桥型MMC的柔性直流电网故障限流方法综述陈 磊1，何慧雯2，王 磊2，李国城1，陈红坤1(1.武汉大学电气与自动化学院，湖北 武汉 430072；2.中国电力科学研究院有限公司，湖北 武汉 430074)摘要：现阶段投运的柔性直流电网通常采用半桥型模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)，具有惯量低、阻尼小等基本特征，存在故障演变迅速、设备过流能力弱、故障电流开断难等技术挑战。
妥善处理柔性直流电网的故障电流限制问题，具有重要的理论价值与现实意义。
针对于此，阐明了柔性直流输电技术的发展需求和引入故障限流措施的必要性，系统地总结了国内外研究现状。
依据实体限流和虚体限流技术方案进行了分类整理和性能比较，论述了两类限流措施的技术优势及不足之处。
最后，提出了半桥型MMC柔性直流电网故障限流方法的未来发展方向，探讨了其中的难点问题和解决思路。
关键词：柔性直流电网；故障限流方法；半桥型MMC；虚实融合限流；混合型直流限流器Review of the fault current limiting approaches for a flexible DC grid based on a half-bridge MMCCHEN Lei1, HE Huiwen2, WANG Lei 2, LI Guocheng1, CHEN Hongkun1(1. School of Electrical Engineering and Automation, Wuhan University, Wuhan 430072, China;2. China Electric Power Research Institute, Wuhan 430074, China)Abstract: Currently, the flexible Direct Current (DC) grid usually adopts the half-bridge Modular Multilevel Converter (MMC), and it has basic characteristics such as low inertia and small damping. The technical challenges including rapid fault development, weak overcurrent tolerance and insufficient current breaking ability should be carefully addressed. It is of significance to properly handle the fault current limiting issues of the flexible DC grid. In this paper, the development requirements of flexible DC transmission technology and the necessity of introducing fault current limiting approaches are stated. Domestic and foreign research results are systematically summarized. According to the classification of the actual and virtual fault current limiting schemes, their technical advantages and disadvantages are compared and analysed.Finally, the probable development direction of the fault current limiting approaches for the flexible DC grid based on half-bridge MMC are suggested, and potential problems as well as solutions are discussed.This work is supported by the Science and Technology Project of the Headquarter of State Grid Corporation of China “Study on Overvoltage and Insulation Coordination of Hybrid HVDC System with LCC-VSC” (No. SGTYHT/16-JS-198).Key words: flexible DC grid; fault current limiting approaches; half-bridge MMC; virtual-actual integration current limiting;hybrid type DC fault current limiter0 引言我国能源资源和电力负荷中心分布极不均衡，80%以上的能源资源分布在西部及北部，70%以上的电力消费集中在东部与中部。
基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计
行 模 拟 ，以 期 验 证 换 流 阀 设 计 是 否 符 合 要 求 。首先 介绍了基于M M C 的柔性直流输电换流阀试验系 统的主回路和控制系统设计，并针对某集团研制 的换流阀组件进行了测试，验证了试验系统的正 确性和实用性。
2 MMC换流阀及其运行特性 2.1 M M C 换流阀基本结构
图 la为 M M C 型直流输电拓扑，换流器的各 桥 臂 由 图 lb 所示的子模块串联构成。
此处设计了一种基于M M C 的柔性直流输电 换 流 阀 试 验 系 统 。该 试 验 系 统 采 用 等 效 试 验 方 法 ， 对换流阀在稳态和暂态运行工况下的主要应力进
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第 55卷第6 期 2021年 6 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.55, No.6 June 2021
式 中 ：/2f为 2 次 谐 波 环 流 幅 值 ; 为 其 初 相 角 。
3 试验应力
换 流 阀 承 受 过 应 力 是 其 失 效 的 根 本 原 因 ，分 析换流阀不同工况下的应力是研宄换流阀等效试 验方法及开发试验电路的基础。换流阀失效主要 发生在运行工况下，因此此处仅关注换流阀在稳 态和暂态运行工况下的应力。 3.1 稳态应力
LIU Jing-yi1,2, D O N G Chao-yang1,2, JI Pan-pan1,2, Y A N G Feng-yuan1,2
( l . X J Electric L td., X uchang 461000, China) Abstract：The converter valve is core module to complete power conversion in the flexible high-voltage DC transmis sion project.Its operational reliability is directly related to the stability of the entire direct current (DC) transmission sys tem. Therefore, the converter valve needs to be strictly type tested.The operation test is an important part of the type test,which mainly detects the resistance of the converter valve to current, voltage and temperature stress.According to the actual engineering operating conditions of the modular multi-level converter (MMC) voltage source converter valve, an equivalent test method is adopted to design a MMC-based flexible DC transmission converter valve test system,which can realize the steady-state operating condition of the converter valve simulate with transient working conditions, and then realize the inspection of the on,off and related current characteristics of the converter valve.The main circuit de sign and control system design of the MMC-based flexible DC transmission converter valve test system are introduced in detail, and the actual engineering converter valve is assembly taken as the test object to verify the correctness and practicability of the designed MMC-based flexible DC transmission converter valve test system. Keywords ： flexible direct current transmission ；converter valve；modular multi-level converter Foundation Project ：Supported by Major Science and Technology Projects in Henan Province( No. 191110210900)
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究1. 本文概述随着全球能源需求的不断增长和电网规模的扩大，柔性直流输电技术（MMCHVDC）因其高效率、高可控性和良好的故障穿越能力而成为现代电网的重要组成部分。
本文旨在深入探讨MMC型柔性直流输电系统的建模方法、安全稳定特性分析以及故障穿越策略，以期为实际工程应用提供理论支持和策略指导。
本文将详细阐述MMCHVDC系统的基本原理和结构特点，为后续建模和分析奠定基础。
本文将重点探讨MMCHVDC系统的数学建模方法，包括其交流侧和直流侧的动态模型，以及控制器的设计。
这部分内容将采用现代控制理论，结合仿真软件进行模型验证，确保模型的准确性和实用性。
在安全稳定分析部分，本文将基于所建立的模型，分析MMCHVDC 系统在各种运行条件下的稳定性，包括正常运行、负载变化和故障情况。
特别地，本文将重点研究系统在直流侧和交流侧故障时的响应特性，以及这些故障对系统稳定性的影响。
本文将提出一套完整的故障穿越策略，以增强MMCHVDC系统在电网故障时的鲁棒性和稳定性。
这些策略将涵盖故障检测、故障隔离、系统恢复等多个方面，旨在确保系统能够在各种故障情况下保持稳定运行，最大限度地减少故障对电网的影响。
总体而言，本文的研究成果将为MMC型柔性直流输电系统的设计、运行和控制提供重要的理论参考和实践指导，有助于推动该技术在智能电网和可再生能源领域的广泛应用。
2. 型柔性直流输电系统概述MMC（Modular Multilevel Converter）型柔性直流输电系统，作为一种新型的电力电子输电技术，以其独特的模块化设计和优越的电力调节能力，近年来在高压直流输电（HVDC）领域受到了广泛关注。
该系统主要由多个子模块组成，每个子模块包含一个绝缘栅双极晶体管（IGBT）和反并二极管，以及相应的电容器。
通过控制IGBT的开关状态，可以实现对电压的精确控制，从而实现有功和无功的独立控制。
基于MMC的多端直流输电系统简化建模与仿真研究
基于MMC的多端直流输电系统简化建模与仿真研究摘要：模块化多电平换流器高压直流输电（MMC-HVDC）以其独特的技术优势，已成为未来电压源换流器高压直流输电领域的发展趋势。
本文通过对MMC拓扑结构和数学模型进行推导和化简，在保证了仿真精度的前提下，应用了提高MMC仿真效率的理论和方法，基于PSCAD/EMTDC仿真平台建立了三端MMC-HVDC输电系统的简化模型，仿真结果具有较好的动态性能。
关键词：模块化多电平换流器；柔性直流输电；电磁暂态仿真一、引言相比于传统电网换相的高压直流输电技术（LCC-HVDC），基于电压源换流器的高压直流输电技术（VSC-HVDC）具有不存在换相失败、有功无功功率的快速解耦控制等优势 [1-2]。
模块化多电平（Modular Multilevel Convertor，MMC）以其模块化设计、可拓展性好、单个器件开关频率低、谐波性能好等诸多优点已经成为电压源换流站技术的首选技术方案[3]。
目前已投运的MMC-HVDC工程有美国的Trans Bay Cable工程、中国的上海南汇风电场示范工程和南澳三端柔性直流输电工程[4，5]。
其中在我国广东建立的南澳多端柔性直流输电工程为世界首个投运的多端直流工程[6]。
相关研究表明，MMC-HVDC系统将在风电场联网、电网异步互联、城市中心供电等领域得到广泛应用[7]。
当MMC换流阀从低电压等级、小容量发展到高电压等级、大容量时，每个桥臂串联的子模块数急剧增加。
采用PSCAD/EMTDC等电磁暂态软件仿真时，大量IGBT快速的导通、关断将使得主电路形成的节点导纳矩阵不断变化。
由于每次变化后形成的节点导纳矩阵规模较大，矩阵求逆将特别耗时，给研究高电压等级、大容量MMC-HVDC的并网仿真分析带来了巨大的困难。
因此，在考虑能反映换流器基本运行特性的同时，若能提高仿真速度，将对多端MMC-HVDC的并网仿真分析起到至关重要的作用。
二、MMC等效计算模型1.1桥臂的等效电路模块化多电平逆变器MMC的每个桥臂由N个半桥子模块串联而成，桥臂的工作状态有闭锁状态和解闭锁状态。
基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术
（ ． ｅ ｈｎ ｏ ｙ ａ ｅ ｌ ｍ ｅ ｎ ｅ ， １ Ｔ ｃ ｏｌ ｇ ｎｄ Ｄ ｖｅｏｐ ｎｔＣｅ ｔ ｒ ＳＭ ＥＰＣ ， Ｓｈａ ｎｇｈ ｉ２ ００ ａ ０ ２５， Ｃｈｉ ｎａ；
２ Ｃｈ ｎ ｅ ｔｉ Ｐｏ ｒＲｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｓｉ ｔ Ｂｅ ｉｇ １ ０ ９ ， ｉａ） ． ｉａＥｌｃ ｒ ｗｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｔ ， ｉ ｎ ０ １ ２ Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ｊ
ｔ ｉ Ｔｈｅｇｅ ｒ ｌｉ ｏｒ ａ ｉｎ， ｓ ｔｍ ｅｒ ｔｏｎ ｍ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｒ ｓ ｏｎ ｎｇ ｃ ａｌ ． ｎｅ ａ ｎｆ ｍ ｔｏ ｙｓ ｅ ｏｐ ａ ｉ ｄｅ ａ ｄ ｈ ｏｒ ｅ ｐ ｄｉ ｏｎｔｏｌ ｔ ａ ｅ ｈｅ Ｓｈａ ｇｈａ ｒ ｓ ｒ ｔ ｇｙ ｏｆｔ ｎ ｉ
Ｔｈ ｎ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ Ｏ ｃ ｏ ｏ ｙ Ｏ ＶＤＣ ｓ ｄ ｏ ｏ ｕ ａ ｕ ｔ－ｅ ｅ ｎｖ ｒ ｅ ｅ Ｉ ｔ ０ ｕ ｔｏ ｆＴｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆＨ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ ｄ ｌ ｒ Ｍ ｌｉｌｖ ｌＣｏ ｅ ｔ ｒ ＬＪ Ｙ ｎ Ｈ Ｅ ｈ — ｕ ｎ Ｕ ｕ ， Ｚ ｉｙ ａ ，Ｈ Ｅ — ｏ ｇｕ ，ＢＡＯ ａ —ｏ ｇ ＩＬａ —ａ 。 Ｈ ｉｌｎ ， ｎｌ ｎ
ｓｒ ｃｕ ｅｏ Ｍ Ｃ ｗａ ｉｅ ． Ｔｈ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｓｔ ａｉｎｏ Ｃ— Ｈ ＶＤＣ ｐ ｏｅ ｔｉ ｒｄ ｉ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔｕ ｔｒ ｆＭ ｓｇｖ ｎ ｅａ ｐ ｉ ｔ ｉ ｔ ｆＶＳ ｃ ｏ ｕ ｏ ｒｊｃ ｎ ｗｏ ｌ ｓ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｅ
Ｎａ ｈ ｉｆ ｘｂｅＨ ＶＤＣ ｄ ｍｏ ｓｒ ｔ ｎ ｐ ｏｅｔａｅｄ ｓ ｒｂ ｄｉ ｅａｌ ｎ ｕ ｌ ｉｌ ｅ ｅ ｎ ｔａｉ ｒｊｃ ｒ ｅ ｃｉｅ ｄ ｔｉ ｏ ｎ ．Ｆｕ ｔ ｅｍｏ ｅ ｈ ｌｍｅ ｔｒ ｉｇ ａ ａ ｄ ｒｈ ｒ ｒ ，ｔ ｅｅｅ ｎ ａｙｄａ ｒｍ ｎ
柔性直流输电用直流支撑电容器的关键技术研究
柔性直流输电用直流支撑电容器的关键技术研究
左强林;雷乔舒
【期刊名称】《电力电容器与无功补偿》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】本文基于柔性直流输电用直流支撑电容器的研发经验,提出直流支撑电容器的纳亨级等效串联电感ESL的测试方法,并验证其正确性,解决了纳亨级电感的测试方法难题;根据测试方法,验证了基于直流支撑电容器引出线方式的纳亨级电感的
计算方法,为降低直流支撑电容器纳亨级电感提供了新的设计思路;本文还对直流支
撑电容器的老大难问题—极对壳交流局部放电问题,进行研制分析总结,为解决直流支撑电容器的对壳交流局放提供参考;提出了针对极间直流局放研究的建议;结合试验及运行经验,对直流支撑电容器的电流出线端子进行了接触电阻测试、温升试验、小幅值浪涌电流和大幅值浪涌电流的试验验证,试验验证结果表明,只有加厚的细牙
圆螺母能通过大幅值浪涌电流试验,这对于提高直流支撑电容器的安全运行很有参
考价值。
【总页数】8页(P108-115)
【作者】左强林;雷乔舒
【作者单位】无锡赛晶电力电容器有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM5
【相关文献】
1.柔性直流输电工程用直流支撑电容器的开发探讨
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3.大容量柔性直流输电工程用直流支撑电容器技术研究
4.“高压大容量柔性直流输电关键技术研究与工程示范应用”项目通过开题评审
5.柔性直流输电系统直流电流测量装置阶跃响应试验电源关键技术研究
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MMC在柔性直流输电中的应用-硕士论文
硕士学位论文题目: MMC在柔性直流输电中的应用研究生专业指导教师完成日期MMC在柔性直流输电中的应用研究生：指导教师：2016年12月论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一种具有较好发展前景的新型变换器拓扑结构，本文旨在通过对模块化多电平变换器及其在高压直流输电（MMC-HVDC）中的控制方法进行研究，提高变换器的可靠性。
本文首先对MMC的子模块拓扑结构进行分析，详细阐述了子模块的运行机理，并建立了变换器的数学模型。
介绍了两种预充电策略，并比较变换器常用的几种调制方式，对其各自的优缺点进行阐述。
其次，根据能量守恒原则对子模块电容电压和环流进行数学建模分析，给出了相应的控制器以减小电容电压波动和抑制环流谐波。
之后简要分析了MMC系统损耗的组成，给出了所占比重较大的开关损耗的计算方法，并对传统的电容电压排序算法进行优化，提出改进的排序算法，以达到减小开关频率和开关损耗的目的。
对控制方法进行仿真验证，证明控制方法的正确性。
再次，结合模块化多电平变换器自身特点，详细研究两端MMC-HVDC输电系统中系统控制层、换流站控制层、换流阀控制层中的控制策略。
本文对换流站控制层和换流阀控制层进行了详细讨论，给出相应的控制方法，并对各控制层中的控制方法进行了仿真验证，证明控制方法的有效性。
最后，设计和搭建了一台三相模块化五电平变换器，给出主要单元的原理图。
其中控制单元采用DSP和FPGA协同控制，给出了DSP与FPGA的功能框图与程序流程图。
在样机中加入换流站层控制器与换流阀层控制器，分别在本地负载和并网两种工况下进行实验，给出样机稳定运行时的实验波形，验证了所设计控制方法的可行性。
关键词：模块化多电平变换器；柔性直流输电；调制策略；电容电压均压控制；环流抑制ABSTRACTModular multilevel converter (MMC) is a relatively new and promising topology, which has gained a lot of interest in industry in the recent years due to its modularity, scalability, reliability. Its characteristic of modular design can easily adapted for applications that require different power and voltage levels, such as supplies for electric railways, static compensators (STATCOMs) and high-voltage direct current transmission (HVDC) . This dissertation aims to improve the reliability of this system by studying the control strategies of MMC and MMC-HVDC systems.First, the topology and the basic operating principles of Sub -Module(SM) are introduced. Then two control strategies for pre-charging of capacitors were analyzed. What’s more, this dissertation compared several modulation strategies that are commonly used in system, and describe d their advantages and disadvantages respectively.Second, the mathematic model for capacitor voltage-balancing and circulating current was analyzed based on the conservation of energy. According to the mathematic model, this paper put forward the corresponding control method and circulating current suppressing controller to reduce the voltage fluctuation and eliminate the inner balancing currents. Then make clear the loss composition of MMC system, and give a formula to calculate the switching losses which take a large percentage of total losses. By optimized the traditional capacitance voltage sorting algorithm, an improved sorting algorithm is put forward in order to reduce the switching frequency and switching losses. Then a simulation model was provided to realize and configure the control strategies.Third, combined with the characteristics of MMC, the thesis analyzed the control method in MMC based VSC-HVDC system. The control strategies were divided into system layer, converter layer and valve control layer in the HVDC system. The controllers and the system in the last two layers discussed in detail in the thesis, a simulation model was used to verify the feasibility of control strategies.Finally, a three-phase MMC experimental platform was built. The software and hardware design of the platform were elaborated. The control strategy discussed in this thesis was implemented on the platform. The experimental waveforms were presented and the validity of theoretical analysis were demonstrated.Keywords: Modular multilevel converter(MMC),VSC-HVDC, modulation strategy, capacitor voltage balance, circulating current suppression目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 电压源变换器拓扑结构 (3)1.3 模块化多电平变换器的应用 (5)1.4 论文的主要工作 (6)2 模块化多电平变换器（MMC）拓扑结构和运行原理 (8)2.1 模块化多电平变换器及子模块（sub module，SM）拓扑结构 (8)2.2 MMC子模块工作原理 (10)2.3 MMC的数学模型 (13)2.4 MMC预充电方案 (15)2.4.1 自励式充电 (15)2.4.2 它励式充电 (16)2.5本章小结 (16)3 MMC的调制方法与控制策略 (18)3.1 MMC的调制方法 (18)3.1.1 载波层叠调制 (18)3.1.2 载波相移调制 (19)3.1.3 最近电平逼近调制 (19)3.1.4 空间矢量调制 (20)3.2 电容电压平衡控制 (21)3.2.1 直接选择排序均压控制 (21)3.2.2 改进的排序均压控制 (23)3.2.3 独立均压控制 (24)3.2.4 仿真验证 (26)3.3 环流模型与环流控制策略 (28)3.3.1 环流数学模型 (28)3.3.2 环流谐波抑制策略 (32)3.3.3 仿真验证 (35)3.4 本章小结 (35)4 MMC在柔性直流输电（VSC-HVDC）中三相平衡控制策略 (36)4.1 MMC-HVDC系统控制基本原理 (36)4.2 MMC-HVDC的数学模型 (37)4.3 MMC-HVDC的控制策略 (38)4.3.1 内环控制器设计 (38)4.3.2 外环控制器设计 (39)4.4 仿真验证 (41)4.5 本章小结 (42)5 MMC分布式实验平台设计和实验结果 (43)5.1 硬件设计 (43)5.1.1 控制电路 (44)5.1.2 桥臂功率单元 (45)5.1.3 采样电路 (45)5.1.4 驱动电路 (46)5.2 程序设计 (46)5.2.1 DSP程序设计 (47)5.2.2 FPGA程序设计 (49)5.3 实验结果 (50)5.4 本章小结 (51)6 总结与展望 (53)6.1 总结 (53)6.2 展望 (54)参考文献 (55)致谢......................................................................................错误！未定义书签。
MMC型柔性直流输电系统的特点和应用
ZJU
柔性直流输电发展的2个阶段
柔性直流输电技术采用的换流元件是既可以控制 导通又可以控制关断的双向可控电力电子器件，其典 型代表是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。 柔性直流输电的运行原理完全不同于LCC的电网换 相换流理论，实际上柔性直流输电技术本身到目前为 止也可以划分成2个发展阶段。
柔性直流输电发展的第一阶段
ZJU
US 1
U v1
MMC1
直流线路
MMC2
Uv 2
US 2
~
交流系统 1
U_ dc1 Ps1 jQs1
阀控制 交流电压控制 内环电流控制 交流无功控制 交流有功控制 无功类外环控制 交流有功控制
+
+ U dc 2
-
~
交流系统
Ps2 jQs 2
PM 1
Converter Arm
PM 1
PM 1
Power Module (PM)
PM 2
PM 2
PM 2
PM n
PM n
PM n
PM
Vd
ud
PM 1
PM 1
PM 1
D1 IGBT1 D2 IGBT2
PM 2
PM 2
PM 2
PM n
PM n
PM n
Phase Unit
MMC的拓扑结构
ZJU
+Vd/2
第一代直流输电技术
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汞弧阀
6脉动Graetz桥
第二代直流输电技术
ZJU
1970年代初，晶闸管阀开始应用于直流输电系统，标
志着第二代直流输电技术的诞生。
第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的 换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一 代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后 一段时间。
《基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究》范文
《基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究》篇一一、引言随着电力系统的不断发展，柔性直流配电网作为一种新型的配电系统，在电力传输和分配中发挥着越来越重要的作用。
而模块化多电平换流器（MMC）作为柔性直流输电的核心设备，其保护方案的研究对于整个配电网的安全稳定运行至关重要。
本文将就基于MMC的柔性直流配网保护方案进行深入研究，以期为实际工程应用提供理论支持。
二、MMC技术概述MMC技术是一种基于多电平技术的换流器技术，具有较高的电压传输能力、低谐波污染和灵活的控制策略等优点。
MMC 的组成主要由子模块、桥臂和上下两个电桥构成，其中每个子模块包含一个全控型开关器件和一个限流电感。
MMC通过控制子模块的开关状态，实现直流电的传输和分配。
三、柔性直流配电网保护需求分析柔性直流配电网具有高可靠性、高灵活性、低损耗等优点，但同时也面临着诸多挑战，如故障定位、故障隔离、系统保护等问题。
针对这些问题，需要设计一套有效的保护方案，以保障配电网的安全稳定运行。
保护方案需要具备快速性、准确性、可靠性和灵活性等特点。
四、基于MMC的柔性直流配网保护方案设计针对柔性直流配电网的保护需求，本文提出了一种基于MMC的柔性直流配网保护方案。
该方案主要包括以下几个方面：1. 故障检测与定位通过采集MMC各相电压、电流等信号，结合电力电子技术，实时监测配电网的运行状态。
当发生故障时，通过分析故障电流、电压等特征，快速定位故障位置。
2. 故障隔离与恢复一旦检测到故障，保护方案将迅速启动故障隔离策略，通过控制MMC的开关状态，将故障区域与正常区域隔离。
同时，启动恢复策略，尽快恢复非故障区域的供电。
3. 系统保护与协调控制为保证整个配网系统的安全稳定运行，需对系统进行全面保护。
通过设置过流、过压、欠压等保护措施，防止设备损坏。
同时，通过协调控制策略，实现各保护装置之间的配合与联动。
五、方案实施与验证为验证本文所提保护方案的可行性和有效性，可在实际工程中进行应用与验证。
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Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｎａ ｎ ’ ａ ｏ￣ １ ６ ０ ｋ Ｖ ， ２ ０ ０ ＭＷ Ｈ ＶＤ Ｃ ｄ ｅ ｍｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ， ＭＭＣ ｔ ｙ ｐ ｅ
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研 究 与 开 发
基 于 ＭＭＣ 柔性 直流输 电背靠背样机 的研 制
徐 长 宝 耿 亮２ 王 大力 ２ 潘
瑶２
荣信 电力 电子股份 有 限公 司，北京 １ ０ ０ ０ ８ ４ ） （ １ ．贵 州 电力试验研 究院，贵 阳 ５ ５ ０ ０ ０ ０ ；２ ． 摘 要 ＭＭＣ 型 背 靠 背 直流 输 电系 统 在 世 界 范 围 内 受到 广 泛 的 重视 。基 于 南 澳 ±１ ６ ０ ｋ Ｖ， ２ ０ ０ ＭＷ 柔性直流输电示范工程项 目， 研制 了ＭＭＣ型背靠背大功率柔性直流输电样机。在介绍采 用Ｉ Ｅ Ｇ Ｔ的 ＭＭＣ 阀的拓扑 结构 的基础 上 ，说 明 了该 试验样 机 的系统构 成 ，主要系 统参数 ，设备 中 的变压 器 ，阀 电抗器 和充 电电阻 的主要作 用 。对控 制和保 护 系统 的配 置情况进 行 了介绍 。对该 试 验 样机 进行 了仿 真分 析 ，研 究 了在 直流侧 单极 接地 故 障 ，直流侧 双极 短路 故障和 变压器 二次侧 故 障情况 下系 统的 暂态 电压 ，电流 波形 ，验 证 了柔性直流 输 电系统 的理论 分析和 数 字仿 真的 正确 性 ，
为相 关 工程 应用 奠定 了理论基 础 。
关键词：柔性直流；Ｉ Ｅ Ｇ Ｔ阀；ＭＭＣ拓扑结构；背靠背样机
Ｄｅ ｖｅ ｌ ｏ ｐｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｂａ ｃ ｋ－ ｔ ｏ — ｂａ ｃ ｋ ＨＶ ＤＣ Ｐｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ Ｍ Ｃ
Ｘｕ Ｃｈ ａ ｎ ｇｂ ａ ｏｌ Ｇｅ ｎ ｇ Ｌｉ ａ ｎ ｇ ２ Ｗａ ｎ ｇ Ｄａ ｌ ｉ ２ Ｐａｎ Ｙ ａ ｏ ２
（ １ ． Ｇｕ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｔ ｅ ｓ ｔ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｇｕ ｉ ｙ ａ ｎ ｇ ５ ５ ０ ０ ０ ０ ；