高清PDF《模块化多电平换流器直流输电建模技术》 赵成勇 许建中 李探 著 2017年版

前言
200l年，德国联邦国防军大学的R.Marquardt和A.Lesnicar提出了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑结构。MMC较传统两电平、三电平电压源换流器拓扑结构具有更大的经济技术优势，如模块化设计、低谐波含量、低损耗等。因此，MMC迅速得到了工程和学术界的广泛关注，并成为目前柔性直流输电系统的优选主流拓扑。
目前国内、外已有多个基于MMC的柔性直流输电工程建成投运。2010年西门子公司投运了世界首个MMC-HVDC工程一美国跨湾工程，之后又建设了数个MMC-HVDC工程。ABB公司基于其所提出的级联两电平拓扑结构（结合模块化技术和压接技术，其本质仍为MMC)建成数个工程并投运。我国柔性直流输电技术发展也呈现蓬勃之势，且所有投运的工程均采用MMC拓扑结构，包括上海南汇、广东南澳、浙江舟山、福建厦门柔性直流输电工程等。此外，目前世界范围内在建的柔性直流输电工程也均采用MMC或类似拓扑。
基于MMC拓扑结构，柔性直流输电已由最初的低电压、小容量示范工程向高电压、大容量方向快速发展，广泛应用于大型风电场并网、交流电网异步联网、城市中心供电等多种场合，并展现出巨大的经济技术优势。随着智能电网与能源互联网的提出与发展，其必将成为未来输电领域的重要发展方向。
同时，MMC的提出也为学术界和工程界带来一系列需要研究的问题，如其复杂的内部特性带来的更为复杂的控制系统和动态解析模型、高电平MMC为电磁暂态仿真带来的巨大挑战等。本书立足于MMC-HVDC的发展背景，针对MMC的动态数学模型和电磁暂态仿真模型等建模方面的主要问题，总结了本研究团队在柔性直流输电建模方面的主要研究成果，主要包括考虑内部动态特性的MMC-HVDC动态数学模型及其稳定性分析、不同时间尺度下的电磁暂态仿真建模、物理样机系统的搭建等内容。
本研究团队带头人赵成勇教授在2014年出版的著作《柔性直流输电建模和仿真技术》一书中，对柔性直流输电的控制策略、系统建模等方面的基本原理进行了介绍。本书在该著作的基础上，对理论和方法进一步拓展和深入，集合了本研究团队近两年来在柔性直流输电建模方面的主要研究成果。
本书由赵成勇、许建中和李探共同撰写。其中，第1章由赵成勇完成，第2、4、5章由李探完成，第6、7、8章由许建中完成，第2、3、10、11章部分内容参考了赵鹏豪、彭茂兰、何智鹏、徐延明的硕士论文和张宝顺的博士论文，全书由赵成勇统稿。另外，特别感谢参与本书部分章节材料校对、整理工作的博士研究生张宝顺、张帆、李承昱，硕士研究生彭茂兰、赵鹏豪、何智鹏、徐延明、姬煜珂、熊岩、徐莹、刘启建等人，他们的工作在很大程度上保证了本书的按时出版。
特别感谢加拿大工程院院士、IEEE Fellow、曼尼托巴大学的Ani.Gole教授对本团队课题研究的大力支持，同时感谢中国电力科学研究院印永华总工程师和全球能源互联网研究院的汤广福副院长对本书提出的宝贵意见。
本书的研究工作得到了国家“863”高技术研究发展计划项目(2013AA050105)和国家自然科学基金项目(51177042)的资助，在此表示感谢！
由于作者水平有限，书中难免存在错误和不当之处，敬请广大读者批评指正为盼。
编者
2016年10月

内容索引：

目录
前言
第1章
概述…1
1.1MMC-HVDC的发展1
1.2MMC-HVDC建模研究现状与主要问题解决思路4
1.3本书的主要内容7
参考文献…8
第2章MMC拓扑及基本控制策略…12
2.1MMC拓扑…12
2.2MMC子模块拓扑和直流故障阻断能力评价指标…12
2.3MMC基本控制策略…22
2.4调制与电容电压均衡控制策略…25
2.5相间环流抑制策略…28
2.6小结31
参考文献…31
第3章超大规模MMC电容电压平衡优化算法34
3.1基于质因子分解法的高效分组方法34
3.2希尔排序方法……42
3.3基于质因子分组和希尔排序的高效均压算法…45
3.4仿真验证………46
3.5小结…48
参考文献……48
第4章考虑内部动态特性的MMC小信号模型50
4.1MMC的内部谐波特性50
4.2MMC详细小信号建模52
4.3环流抑制策略的建模……58

4.4外部控制系统建模及其与阀模型的接口实现60
4.5模型验证…64
4.6小结69
参考文献…70
第5章基于小信号模型的MMC谐波稳定性分析…72
5.1MMC-HVDC模态分析与内部谐波模态识别72
5.2MMC内部谐波稳定性分析…75
5.3小结…81
参考文献…82
第6章基于受控源的MMC通用建模方法83
6.1MMC通用模型的提出83
6.2MMC通用模型的理论证明85
6.3MMC通用模型的验证91
6.4小结96
参考文献…97
第7章基于戴维南等效的MMC整体建模方法98
7.1经典戴维南等效模型……98
7.2基于后退欧拉法的戴维南等效整体模型100
7.3基于梯形积分法的戴维南等效整体模型105
7.4三种等效模型精度验证和加速比测试107
7.5基于后退欧拉法的全桥MMC戴维南等效整体模型109
7.6小结112
参考文献113
第8章MMC平均值模型在直流电网中的应用114
8.1MMC平均值模型114
8.2MMC平均值模型适用性分析116
8.3MMC平均值模型的改进120
8.4小结…125
参考文献125

第9章RT-LAB中MMC-HVDC仿真建模126
9.1RT-LAB仿真平台126
9.2RT-LAB仿真建模步骤139
9.3基于OP5600的MMC-HVDC仿真建模141
9.4基于OP7000的MMC-HVDC仿真建模145
9.5小结148
参考文献149
第10章MMC纳秒级暂态建模150
10.1IGBT暂态建模151
10.2二极管的暂态建模…157
10.3IGBT模块热学特性建模159
10.4IGBT及二极管模型的实现165
10.5IGBT模块仿真测试电路168
10.6小结175
参考文献175
第11章MMC-HVDC物理摸拟系统设计与实验177
11.1物理模拟系统主回路177
11.2控制系统架构183
11.3控制逻辑设计193
11.4子模块测试199
11.5系统实验206
11.6小结209参考文献209
索引212

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