基于MMC的柔性多状态开关控制策略研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dongxiaohu123
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随着我国能源转型的不断推进,大量的分布式电源将广泛地接入配电网,将给配电网带来电压越限、双向潮流和馈线功率失衡等问题。由于我国配电网网架结构薄弱,大多采用闭环设计、开环运行的方式,导致传统的调控手段不能有效解决上述问题,而利用电力电子技术对配电网进行升级改造成为重要趋势。柔性多状态开关(soft open point,SOP)作为一种基于电力电子技术的新型装置,用来取代常规联络开关,能够实现配电网馈线潮流灵活的调控,改善电压分布水平,提升配电网分布式电源消纳的能力。由于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有良好的输出电压特性,易于扩展和冗余控制等优点,已经在高压大功率领域得到了广泛的应用。考虑到SOP应用在中压配电网中,结合经济成本和技术实现难度,MMC拓扑能够很好的达到要求。因为控制策略对于系统的稳定运行具有重要的影响,本文将对基于MMC拓扑的SOP相关控制策略展开研究。本文以MMC拓扑结构的三端口SOP为研究对象,首先研究了MMC的基本原理,包括MMC子模块和三相MMC的工作原理;建立了基于MMC的三端口SOP的数学模型;介绍了目前常用的基本控制策略。其次,针对MMC拓扑结构,介绍了它的调制策略,并重点分析了本文采用的载波移相调制策略;针对内部环流问题,分析了环流产生的机理,并根据环流数学模型呈现的二倍频负序特征,采用负序二倍频坐标变换的方法抑制环流;针对子模块电容均压控制问题,分析了子模块电容电压不平衡的原因,然后结合载波移相调制策略,对子模块电容均压控制策略进行了相应的改进。通过搭建仿真验证了所提的环流抑制和子模块电容均压控制策略的有效性。针对多端口SOP采用PI双闭环控制时存在PI参数较多、PI控制的鲁棒性和动态性能不佳的问题,本文采用反馈线性化和滑模控制结合的非线性电流控制策略,并用该复合控制取代PI双环控制的电流内环,同时对这种控制自身存在的问题进行了改进。然后结合SOP的三种运行模式,分别实现不同模式下的反馈线性化和滑模控制结合的电流控制方案。最后,结合电流控制策略、子模块电容均压控制策略、环流抑制策略和载波移相调制策略,设计系统整体的控制器,并且在MATLAB/simulink中搭建基于MMC的三端口SOP的仿真模型。最后通过对SOP实际运行模式仿真验证了本文控制策略的有效性。
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