光伏电站用MMC-HVDC并网启动及控制策略研究

【摘要】：与交流输电系统相比，直流输电不存在距离受限的问题。相对于线路换相电流源型常规直流输电技术而言，电压源型自换相柔性直流输电技术因其无需电网提供换相电压、潮流独立快速可控等特性更适合于光伏电站并网应用领域。另一方面，模块化多电平拓扑由于其低的开关频率和功率损耗，是目前高压大容量柔性直流输电应用的首选技术方案，故本文以光伏电站经模块化多电平柔性直流（MMC-HVDC）并网作为研究对象，详细讨论其启动及并网控制过程。 本文首先分析了光伏电池的物理模型及行为特性模型，在此基础上推导出光伏阵列模型，推导了三相静止及两相同步旋转坐标系下光伏并网PWM变换器的详细数学模型；分析了MMC换流器基本工作原理及其数学模型，MMC-HVDC系统四象限运行原理及其分层控制原理。 其次，本文提出适用于光伏电站并网的模块化多电平柔性直流换流器启动控制策略。将启动过程分为不控整流阶段和可控整流阶段，在不控整流阶段，建立包括限流电阻与最大冲击电流数学关系在内的等效模型，推导出限流电阻的选型依据；在可控整流阶段，提出基于直流电压斜率控制的充电策略，有效抑制了换流器解锁瞬间的冲击电流。给出了光伏接入MMC-HVDC系统启动控制顺控流程。 再次，设计了光伏接入MMC-HVDC系统并网协调控制策略。对光伏电站设计了基于电网电压定向的矢量控制策略，满足了单位功率因数运行和直流电压恒定的有功无功解耦控制目标。根据光伏电站稳态运行及光照突变时不同外特性，设计了光伏侧MMC换流器无源电压跟随控制器，使其在光伏电站并网过程中呈现理想电压源特性。对于网侧MMC换流器设计了定直流电压无功功率控制策略，完成了对直流电压和网侧无功功率的控制。 本文在RTLAB实时仿真平台上搭建了光伏电站经MMC-HVDC系统并网模型，对所提控制策略进行了仿真分析，验证了理论的正确性。 【关键词】：光伏并网 MMC-HVDC 启动控制 并网控制 RTLAB
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM721.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题研究背景11-13
• 1.2 光伏发电系统并网方式比较13-17
• 1.2.1 交流并网技术13-14
• 1.2.2 直流并网技术14
• 1.2.3 柔性直流并网技术14-15
• 1.2.4 MMC 并网技术15-17
• 1.3 MMC-HVDC 系统启动控制策略研究现状17-18
• 1.4 课题研究内容18-20
• 第2章 光伏发电系统数学模型20-32
• 2.1 双级式光伏并网发电系统拓扑结构20
• 2.2 光伏阵列建模20-26
• 2.2.1 光伏电池物理模型21
• 2.2.2 光伏电池行为模型21-23
• 2.2.3 光伏阵列模型23-26
• 2.3 光伏并网逆变器模型26-31
• 2.3.1 BOOST 电路26-28
• 2.3.2 DC/AC 并网逆变器数学模型28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 MMC-HVDC 系统数学模型32-44
• 3.1 MMC 换流器工作原理32-38
• 3.1.1 MMC 换流器拓扑结构32-33
• 3.1.2 SM 子模块基本工作原理33-35
• 3.1.3 MMC 换流器基本工作原理35-38
• 3.1.4 MMC 换流器数学模型38
• 3.2 MMC-HVDC 系统四象限运行原理38-40
• 3.3 MMC-HVDC 系统分层控制原理40-43
• 3.3.1 系统级控制41
• 3.3.2 换流器级控制41-42
• 3.3.3 换流阀级控制42
• 3.3.4 功率模块级控制42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 光伏接入 MMC-HVDC 系统启动控制策略44-55
• 4.1 启动控制目标44
• 4.2 启动控制流程44-47
• 4.3 不控整流充电控制47-51
• 4.3.1 不控整流充电控制模型47-49
• 4.3.2 不控整流阶段充电机理49-50
• 4.3.3 限流电阻选型50-51
• 4.4 可控整流控制51-53
• 4.4.1 冲击电流产生机理51-52
• 4.4.2 GSMMC 解锁控制52-53
• 4.4.3 PVMMC 解锁控制53
• 4.5 顺控流程53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 光伏发电经 MMC-HVDC 并网协调控制策略55-62
• 5.1 并网控制目标55-56
• 5.2 光伏并网控制策略56-58
• 5.2.1 光伏 DC/DC 换流器控制器56
• 5.2.2 光伏 DC/AC 逆变器控制策略56-58
• 5.3 PVMMC 控制策略58-60
• 5.4 GSMMC 控制策略60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第6章 光伏接入 MMC-HVDC 系统仿真62-69
• 6.1 仿真算例简介62-63
• 6.2 光伏接入 MMC-HVDC 系统的启动控制策略仿真63-64
• 6.3 光伏接入 MMC-HVDC 系统的并网协调控制策略仿真64-66
• 6.4 光伏发电系统仿真66-68
• 6.5 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-75
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文75-76
• 致谢76

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