MMC型柔性直流输电系统及直流-直流变换器损耗分析

摘要

模块化多电平换流器（Modular multilevel converter,MMC）具有模块式结构、易于拓展、谐波含量低、开关频率低等优势，自提出以来，在学术界和工业界得到了广泛的研究与应用。对于实际MMC型柔性直流输电工程，输电系统的损耗分析研究具有重要的工程价值。由于MMC包含大量子模块，且损耗特性与控制特性耦合，其损耗计算存在诸多瓶颈和问题。基于此，本文在研究MMC基本原理的基础上，提出了一种基于MMC快速模型仿真的损耗计算方法，并系统分析了交流场、直流场关键设备的损耗计算方法，从而得到了MMC型柔性直流输电系统的通用损耗计算方法。
　　首先，本文研究了MMC型柔性直流输电系统的组成，分析了其损耗分布特点。介绍了换流变压器的设计方法和损耗计算的基本原理，提出了一种模拟绕线过程的铜耗精确评估方法；介绍了桥臂电抗器的结构和设计方法，并根据其绕线方式推导了空芯电抗器的损耗计算公式，提出了一种以损耗最小为最优函数迭代求解电抗器尺寸的方式。
　　其次，详细说明了采用纯解析方式计算换流阀损耗的局限性，分析了在最近电平调制方式和子模块电容电压约束等条件下，离散化的脉冲信号难以解析表示的问题。提出了基于MMC快速暂态模型离线仿真的综合计算方法，利用系统的基本电气量和仿真结果，结合结温反馈过程精确评估了换流阀中各器件的损耗功率和工作温度。根据工程计算特点，提出了一种阀损耗快速计算方法，能在设计初期对换流站整体损耗做出初步评估；根据现有的多种不同拓扑MMC子模块结构，推导了不同类型MMC的阀损耗计算公式。
　　最后，针对两端MMC型柔性直流输电系统和直流-直流变换器等应用场合，详细分析了双极双端柔性直流输电系统、高增益单向直流变换器、直流自耦变压器的损耗计算方法。利用本文提出的损耗计算方法研究了各系统的损耗特性，获得了损耗率和设备的损耗分布，为工程中的系统传输效率评估提供了参考依据。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作及章节安排

2 基于模拟绕组建模的MMC-HVDC关键设备损耗研究

2.1 MMC换流变压器损耗计算

2.2 MMC桥臂电抗器损耗计算方法

2.3 运行参数对MMC关键设备损耗特性影响分析

2.4 本章小结

3 MMC换流阀精确与快速损耗计算方法研究

3.1 基于仿真结果和结温反馈的MMC换流阀损耗计算方法

3.2 基于等效开关频率的MMC阀损耗快速计算方法

3.3采用不同类型子模块的MMC阀损耗计算方法

3.4 本章小结

4 两端柔性直流输电系统损耗研究

4.1两端MMC型柔性直流输电系统损耗

4.2采用不同类型子模块的MMC阀损耗对比研究

4.3本章小结

5 直流-直流变换器系统损耗研究

5.1 高增益单向直流变换器LCT损耗评估

5.2 DC AUTO损耗评估

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文情况