论文总字数：15615字

摘 要

在传统多电平技术已经无法在普遍适用于许多场合的当下，轻型高压直流输电（VSC-HVDC)技术凭借着电压源换流器和脉宽调制的飞速发展，因为其本身突出的技术和经济优势从而获得了广泛关注和应用。由于轻型高压直流输电（VSC-HVDC)技术有着各种不同的控制策略，为了找到一种合适并有效的控制策略，本论文经过了解特点分析原理，目的在于设计出切实可行的控制策略。

本文首先介绍了选题背景，初步了解柔性直流输电系统，经过分析对比多种不同控制策略的优劣，最终选择采用直接电流控制策略。然后介绍MMC的控制器结构以及控制方法，再介绍控制策略中各个环节的不同功能及原理，最终进行了各环节控制器的设计。最后使用MATLAB软件建立与之相对应的稳态仿真模型。根据分析仿真结果，说明了所设计控制器和所选择的仿真策略是合理并具有适用性。

关键词：电压源换流器（vsc）;建模；仿真；MMC；高压直流输电

Abstract

With the development of high power turn-off power electronic components,Voltage Source Converter(VSC) and Pulse-Width Modulation(PWM) based HVDC has had plenty of achievement.Due to the technical and economic merits of VSC-HVDC,it has appealed to a lot of care worldwide.Because of this system has lots of adcantages which has been applied to many fields.Nevertheless,a lot of control strategies have been proposed.One of the main objects is to choose the most suitable control strategies.Then all controllers are designed in order to control the VSC-HVDC system effectively.

Firstly,in this thesis,the principle of MMC is shown.Followed by building the steady-state model, steady power characteristics are analyzed.Moreover,different types of control strategies are proposed.I choose the one which is the best for the MMC of this thesis.In the control strategy,direct current control. Then the PLL, Outer Active/Reactive Power and Voltage Loop and Inner Current Loop are shown in the paper,and the controllers are designed.Finally,according to the chosen control strategies,the condition of steady-state,step response of  power and DC voltage and three-phase fault are simulated,with the help of MATLAB.By analyzing the results of simulation,we can draw a conclusion that the control strategies and controllers are feasible and acceptable.

Keywords：PWM; HVDC Light; Steady-state Model; MATLAB Simulation, MMC；VSC

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景与意义 1

1.2 VSC-HVDC的发展现状 1

1.3 研究的主要内容 2

第二章 VSC-HVDC的基本原理及稳态模型 3

2.1 VSC-HVDC的基本原理 3

2.2 VSC-HVDC功率特性 5

第三章 VSC_-HVDC的系统控制 8

3.1概述 8

3.2 PWM基本原理介绍 8

3.3 MMC基本原理介绍 10

3.4 MMC的工作原理 11

第四章 VSC-HVDC控制策略研究 14

4.1基于MMC的VSC-HVDC控制策略研究 14

4.1.1 内环电流控制器 14

4.1.2 外环控制器 16

4.2 锁相环（PPL） 17

第五章 仿真结果分析 18

5.1 VSC-HVDC仿真模型 18

5.2 VSC-HVDC 波形分析 19

结 论 22

致 谢 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1 选题背景与意义

在传统直流输电系统开始出现各种问题，如：换相容易失败、无功补偿和滤波装置的需求大、无功功率消耗大和在极弱的交流系统下无法运行等基于目前传统输电技术面对的窘境，在电力电子技术的不断突破中，轻型高压直流输电技术（VSC-HVDC）在快速成熟飞速进步^[1]。

高压直流输电技术是新兴起的一门新技术，依靠它本身独特的技术优点，已经能够在新能源发电系统联网、无源系统供电、电网非同步互联等许多不同场合应用于不同的实际工程。VSC-HVDC 在国内的发展已经到了一个新的阶段。本课题研究的最终目的是希望可能对我国海上风力发电能够有一些正面作用，提供一些理论价值和实际意义^[2]。

1.2 VSC-HVDC的发展现状

从中国能源的发展现状来看高压直流输电技术的未来发展，在日后可能将长期以煤炭和水力作为主要的发电能源。大型和超大型火电基地、水电基地在近十年来被迅速建设在我国的中部、西部地区。这些大型电力能源基地，负责将巨大电能送去1000～2000km之外的我国沿海发达地区的珠三角、长三角及京津唐等地的负荷中心的重任，而建设长距离的超高压、特高压直流输电通道就是目前最佳的选择。就目前来说，轻型高压直流输电已经为我国西电东送、风电场的并网、电网互联和城市供电等多个领域发挥了重要作用^[3,4]。

VSC-HVDC拥有出色的运行性能，因此对数学模型和控制方式提出的要求也更严格。对轻型高压直流输电技术的分析需要它在不同运行条件下的稳态模型更为完善。为了研究需要，同时兼顾模型精确和计算简便两大要求，建立更新更好的VSC-HVDC模型的是日后要长期投入研究的问题。

1.3 本课题主要研究方向

本论文的主要研究内容有：

（1）从轻型高压直流输电的现状及前景、工作原理及调制方式这些方面初步认识这项新技术；

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