模块化多电平换流器直流输电建模技术
模块化多电平换流器直流输电建模技术
作 者： 赵成勇，许建中，李探 著
出版时间： 2017
内容简介
《模块化多电平换流器直流输电建模技术》为国网基金项目《柔性直流输电建模与仿真技术》的姊妹篇，《柔性直流输电建模与仿真技术》侧重于两电平、三电平柔性直流输电的建模与仿真，本书侧重于介绍当前柔直输电的主流技术——多电平（MMC）柔直输电的理论与实验研究成果。本书针对MMC型柔性输电建模、仿真和物理实验进行重点阐述。主要内容包括MMC基本拓扑结构与控制策略，基于受控源、基于戴维南等效、基于平均值模型改进的三类MMC-HVDC高速仿真模型与其建模方法，MMC机电暂态仿真建模，MMC换流器稳定性分析解析模型，MMC纳秒级开关暂态建模，RT-Lab中MMC的仿真建模，MMC-HVDC物理模拟系统的设计与实验，具有工程应用前景的超大规模MMC电容电压平衡优化算法等。
前言
第1章概述 1
1.1 MMC型柔性直流输电系统的发展 1
1.2 本书拟解决MMC建模领域的问题 3
1.2.1 MMC-HVDC建模领域的研究现状 4
1.2.2 本书拟解决的主要问题 5
1.3 本书的主要内容 6
参考文献 7
第2章 MMC拓扑及基本控制方法 11
2.1 MMC拓扑 11
2.2 MMC子模块拓扑和直流故障阻断能力评价指标 12
2.2.1 MMC子模块拓扑 12
2.2.2 MMC直流故障阻断能力评价指标 18
2.3 MMC基本控制策略 20
2.3.1 基于d-q旋转坐标系的MMC控制系统模型 20
2.3.2 基于d-q旋转坐标系的解耦控制器设计 22
2.4 调制和电容电压均衡控制策略 23
2.4.1 最近电平逼近控制 24
2.4.2 载波移相正弦脉宽调制 25
2.5 相间环流抑制策略 26
2.5.1 MMC的相间环流 26
2.5.2 MMC相间环流抑制策略 27
2.6 本章小结 30
参考文献 30
第3章超大规模MMC电容电压平衡优化算法 32
3.1 基于质因子分解法的高效分组方法 32
3.1.1 分组排序的基本方法 32
3.1.2 多层分组 34
3.1.3 质因子分解法分组形式 35
3.1.4 最优质因子分组形式 36
3.1.5 各排序方法排序次数比较 38
3.2 希尔排序方法 38
3.2.1 希尔排序方法原理 39
3.2.2 希尔排序方法分组步长的选取 40
3.3 基于质因子分组和希尔排序的高效均压算法 42
3.3.1 高效均压算法原理 42
3.3.2 降频方法在高效分组排序算法中的应用 42
3.4 仿真验证 42
3.5 本章小结 44
参考文献 45
第4章考虑内部动态特性的MMC小信号模型 46
4.1 MMC的内部谐波特性 46
4.2 MMC详细小信号建模 48
4.2.1 定义d-q变换矩阵 48
4.2.2 子模块电容电压波动的动态描述 48
4.2.3 交流电流和直流电流的动态描述 50
4.2.4 二倍频环流的动态特性 51
4.2.5 状态空间方程的线性化 52
4.3.1 d-q解耦环流抑制控制器建模 53
4.3.2 PR环流抑制控制器的建模 54
4.3.3 硬件滤波器环流抑制的建模 55
4.4 外部控制系统建模及其与阀模型接口的实现 56
4.4.1 d-q解耦主控制器建模 56
4.4.2 锁相环（PLL）的建模 58
4.4.3 控制系统的小信号模型 58
4.4.4 控制系统和阀模型的接口实现 58
4.5 模型验证 59
4.5.1 详细小信号模型的验证 59
4.5.2 详细小信号模型和简化端模型的对比 62
4.6 本章小结 64
附录 64
参考文献 65
第5章基于小信号模型的MMC谐波稳定性分析 67
5.1 MMC-HVDC模态分析与内部谐波模态识别 67
5.2 MMC内部谐波稳定性分析 69
5.2.1 环流抑制策略对谐波稳定性的影响 69
5.2.2 桥臂电阻对谐波稳定性的影响 71
5.2.3 主控制器参数对谐波稳定性的影响 73
5.2.4 交流系统强度和PLL对谐波稳定性的影响 74
5.3 本章小结 75
参考文献 76
第6章基于受控源的MMC通用建模方法 77
6.1 MMC通用模型的提出 77
6.2 MMC通用模型的理论证明 78
6.2.1 节点电压分析法证明 79
6.2.2 节点拆分的理论推广 81
6.3 MMC通用模型的验证 84
6.3.1 测试系统介绍 85
6.3.2 模型精度验证 85
6.3.3 模型加速比测试 87
6.3.4 401电平MMC-HVDC仿真研究 88
6.4 本章小结 90
参考文献 90
第7章基于戴维南等效的MMC整体建模方法 91
7.1 经典戴维南等效模型 91
7.2 基于后退欧拉法的戴维南等效整体模型 93
7.2.1 采用理想开关器件 93
7.2.2 采用后退欧拉法离散化电容 94
7.2.3 采用新型高效排序均压算法 94
7.2.4 基于后退欧拉法的戴维南等效整体模型的闭锁实现方法 96
7.2.5 MMC整体建模方法的求解流程 97
7.3 基于梯形积分法的戴维南等效整体模型 99
7.4 三种等效模型精度验证和加速比测试 100
7.4.1 测试系统介绍 100
7.4.2 模型加速比测试 102
7.5 基于后退欧拉法的全桥MMC戴维南等效整体模型 102
7.5.1 全桥子模块的伴随电路 102
7.5.2 全桥MMC的仿真验证 104
7.6 本章小结 105
参考文献 105
第8章 MMC平均值模型在直流电网中的应用 106
8.1 MMC平均值模型 106
8.2 MMC平均值模型适用性分析 108
8.2.1 测试系统介绍 108
8.2.2 模型适用性分析 109
8.3 MMC平均值模型的改进 111
8.3.1 现有MMC平均值模型的缺陷 111
8.3.2 改进平均值模型 112
8.3.3 模型验证 113
8.4 本章小结 116
参考文献 116
第9章 RT-LAB中MMC换流器的仿真建模 117
9.1 RT-LAB仿真平台 117
9.1.1 RT-LAB仿真功能 117
9.1.2基于Simulink的RT-LAB仿真模块库 118
9.1.3 RT-LAB I/O模块 123
9.2 RT-LAB仿真建模步骤 129
9.3基于OP5600的MMC-HVDC建模仿真 131
9.3.1 基于OP5600的MMC-HVDC建模 131
9.3.2 仿真分析 133
9.4基于OP7000的MMC-HVDC建模仿真 135
9.4.1基于OP7000的MMC-HVDC建模 135
9.4.2仿真分析 137
9. 5本章小结 138
参考文献 138
第10章 MMC纳秒级暂态建模 140
10.1 IGBT暂态建模 140
10.1.1 IGBT物理结构及特性 140
10.1.2 IGBT暂态模型原理 142
10.1.3 IGBT暂态模型参数提取 145
10.2 二极管的暂态建模 147
10.2.1 二极管物理结构及特性 147
10.2.2 二极管暂态模型原理 148
10.2.3 二极管暂态模型参数提取 149
10.3 IGBT模块热学特性建模 149
10.3.1 平均损耗模块 149
10.3.2平均热阻模块 152
10.3.3热电耦合模块 154
10.4 IGBT及二极管模型的实现 155
10.4.1 IGBT模块开关过程分析 156
10.4.2 IGBT暂态模型仿真测试 157
10.4.3二极管暂态模型仿真测试 158
10.5 IGBT模块仿真测试电路 158
10.5.1 MMC半桥子模块仿真测试电路原理 160
10.5.2 MMC半桥子模块仿真测试 161
10.5.3 半桥MMC单相换流阀仿真测试 164
10.6本章小结 166
参考文献 166
第11章 MMC-HVDC物理模拟系统设计与实验 168
11.1 物理模拟系统主回路 168
11.2 控制系统架构 174
11.2.1 信号采集调理系统 175
11.2.2 上位机监控系统 176
11.2.3 极控制和保护系统PCP 179
11.2.4 阀基控制器VBC 181
11.2.5 子模块控制器SMC 182
11.3 控制逻辑设计 184
11.3.1 系统运行状态 184
11.3.2 各级通讯内容与协调控制策略 185
11.3.3 异步通讯设计 187
11.3.4 故障保护策略 189
11.4 子模块测试 191
11.4.1 子模块绝缘测试 191
11.4.2 子模块稳态测试 193
11.5 系统实验 198
11.6 本章小结 201
参考文献 201
