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柔性直流输电技术因其运行控制灵活稳定、适合新能源发电系统接入等特点弥补了传统高压直流输电技术存在的不足,拥有着显著的技术优势和广阔的发展前景。随着柔性直流工程向着更大传输功率、更高电压等级的方向发展,换流站内的电磁干扰水平不断升高,电磁干扰问题已经成为了影响换流系统稳定运行不可忽视的因素。柔性直流换流系统主要由模块化多电平换流器(MMC)、电抗器、换流变压器和滤波器等设备构成,其中由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)组成的MMC在其高频开通、关断过程中会产生复杂的电磁干扰,这些高频干扰信号会通过线路以及电气设备等进行传导并与之相互影响,从而形成传导电磁干扰,产生振动、噪声等一系列问题,影响换流系统的正常运行。本文以柔性直流换流系统逆变侧为研究对象,对关键设备仿真模型进行了改进与优化,并以此为基础对柔性直流换流系统传导电磁干扰特征进行了仿真分析与研究。本文主要完成的工作如下:
(1)在传统IGBT行为模型的基础上,引入了矢量匹配法,并提出了其在时域内的电气化等效方法,最终搭建了基于矢量匹配法的改进IGBT暂态开关特性模型,解决了传统行为模型在高频电磁干扰研究中仿真精度不足的问题,实现了对IGBT暂态开关过程更加精确的描述,为后续的MMC建模及优化奠定了基础。
(2)搭建了基于最近电平逼近调制策略和电容电压排序均压策略的MMC仿真模型,并将提出的基于矢量匹配法的改进IGBT暂态模型引入到了MMC模型搭建中,在综合分析MMC开关过程、电磁干扰产生机理以及仿真时间等因素后,提出了IGBT改进模型的简化嵌入方法,最终搭建了MMC优化模型,在提高MMC模型暂态仿真精度的同时,保证了仿真效率,为后续的高频传导电磁干扰仿真研究提供了保障。
(3)基于电力设备宽频等效电路建模理论,依次搭建了换流变压器、桥臂电抗器以及交流滤波器的宽频等效电路模型,并得到了各个模型阻抗的幅频以及相频特性。
(4)根据柔性直流换流系统逆变侧的实际结构,将上述搭建的MMC优化模型、桥臂电抗器、换流变压器以及交流滤波器宽频等效模型进行联合仿真,得到了各个关键节点的电压谐波幅频特性仿真预测曲线,根据仿真波形和数据,分析了各个关键节点的传导电磁干扰特征以及各个关键设备对传导电磁干扰的影响。
(1)在传统IGBT行为模型的基础上,引入了矢量匹配法,并提出了其在时域内的电气化等效方法,最终搭建了基于矢量匹配法的改进IGBT暂态开关特性模型,解决了传统行为模型在高频电磁干扰研究中仿真精度不足的问题,实现了对IGBT暂态开关过程更加精确的描述,为后续的MMC建模及优化奠定了基础。
(2)搭建了基于最近电平逼近调制策略和电容电压排序均压策略的MMC仿真模型,并将提出的基于矢量匹配法的改进IGBT暂态模型引入到了MMC模型搭建中,在综合分析MMC开关过程、电磁干扰产生机理以及仿真时间等因素后,提出了IGBT改进模型的简化嵌入方法,最终搭建了MMC优化模型,在提高MMC模型暂态仿真精度的同时,保证了仿真效率,为后续的高频传导电磁干扰仿真研究提供了保障。
(3)基于电力设备宽频等效电路建模理论,依次搭建了换流变压器、桥臂电抗器以及交流滤波器的宽频等效电路模型,并得到了各个模型阻抗的幅频以及相频特性。
(4)根据柔性直流换流系统逆变侧的实际结构,将上述搭建的MMC优化模型、桥臂电抗器、换流变压器以及交流滤波器宽频等效模型进行联合仿真,得到了各个关键节点的电压谐波幅频特性仿真预测曲线,根据仿真波形和数据,分析了各个关键节点的传导电磁干扰特征以及各个关键设备对传导电磁干扰的影响。