在存在着N个换流站的直流电网中,若线路的数量超过N-1时,换流站将失去对所有线路中潮流的独立控制能力。以提高直流电网潮流控制灵活性为目的,近年来引入了一种新型电力电子装置,即直流潮流控制器(DC Power Flow Controller,DCPFC)。相...
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在存在着N个换流站的直流电网中,若线路的数量超过N-1时,换流站将失去对所有线路中潮流的独立控制能力。以提高直流电网潮流控制灵活性为目的,近年来引入了一种新型电力电子装置,即直流潮流控制器(DC Power Flow Controller,DCPFC)。相较于传统DCPFC,线间直流潮流控制器(Interline DC Power Flow Controller,IDCPFC)是一种容量小、成本低、无需额外电源且安装位置灵活的解决方案,已广泛应用于直流电网中。本文以多端口线间直流潮流控制器为研究背景,在建立数学模型和分析控制、调制策略等工作的基础上,主要进行了以下几方面的研究:(1)本文首先剖析了模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的拓扑结构和全桥型子模块工作原理。在得到MMC-MTDC的结构后,进一步分析了IDCPFC的拓扑结构和工作原理。基于以上基础原理的分析,本文建立了通用的IDCPFC数学模型。其次介绍了目前IDCPFC所采用的控制策略的优点及缺点,从而引出模型预测控制策略在DCPFC领域中应用的意义。最后采用电感共用式线间直流潮流控制器(Inductor Sharing Interline DC Power Flow Controller,ISI-DCPFC)这一特殊的IDCPFC拓扑结构在MATLAB/Simulink仿真平台中建立含有ISI-DCPFC的三端直流电网电磁暂态模型进行仿真分析,从而验证所建立的IDCPFC数学模型。(2)其次,本文提出了一种适用于MI-PFC(Multiport Interline Power Flow Controller,MI-PFC)的模型预测控制策略。本文建立了含有三端口MI-PFC的四端直流电网的动态数学模型,再通过前向欧拉法对该模型进行离散化处理。该离散化模型可以准确地表示每个控制量与被控量之间的关系,从而实现电压和电流指令的预测输出,为本文中设计的MI-PFC模型预测控制策略建立基础。并且,采用MATLAB程序的形式对所建立的数学模型进行了仿真验证,从而证明所建立的数学模型具有正确性和准确性。再根据MI-PFC的控制目标,建立了含有线路电流和桥臂电压的价值函数,并通过权重因子的引入使多目标控制问题得到归一化解决。综合以上工作,设计出适用于MI-PFC的模型预测控制策略。最终通过MATLAB/Simulink仿真平台,所提出的模型预测控制策略在本文中被验证。(3)最后,本文提出了一种适用于MI-PFC的混合调制策略。通过分析MI-PFC的拓扑结构和工作原理,设计了一种基于全桥型子模块等效电平输出模式的混合等效调制策略(Equivalent Hybrid Modulation,EHM)。该策略能增加MI-PFC桥臂等效输出电平,解决由于MI-PFC含有较少子模块所带来的谐波畸变率高等问题,最后使用MATLAB/Simulink搭建含有三端口MI-PFC的四端直流电网电磁暂态模型进行验证。
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