1. 研究目的与意义
高压直流输电是构建未来智能电网的核心技术，可以输电方便地实现新能源接入和长距离输电。高压直流输电（HVDC），是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。相比于传统两电平和二极管钳位三电平换流器直流输电系统，模块化多电平换流器拓扑具有不需要器件串联、装置损耗小、电压电流质量高等优势，但这种拓扑对直流侧短路故障存在缺陷，使其不适应架空输电线路等应用场合。为了提高采用架空线路后柔性直流系统对直流故障的清除与穿越能力，必须对基于半桥子模块的模块化多电平变流器拓扑进行改进，使其具备直流故障的自清除能力，从而可以更好的应用于架空输电线路等场合，为此需要对改进的变流器拓扑的相关控制与保护技术进行研究。
2. 课题关键问题和重难点
1.目前柔性直流输电技术扩展到架空线输电场合所面临的关键问题有：直流线路故障难以快速清除、输送容量难以与传统直流输电相媲拟、主接线方式和接地方式选择原则还没有定论等。
2.针对柔性直流架空输电线路频发的瞬时性直流故障，提出了模块化多电平改进子模块结构和混合级联拓扑以及MMC系统重合闸控制策略。系统重合闸控制可以使柔性直流系统在小电流情况下判断直流故障是否消除并恢复系统运行，能有效应对永久性、瞬时性直流双极短路故障。
3为了使柔性直流系统发生直流线路故障能快速清除，采取的一种半桥和全桥子模块混合的新型MMC-HVDC系统，而半桥和全桥子模块间的平衡控制也是一个重要难点。
3. 国内外研究现状（文献综述）
模块化多电平换流器(multilevelmodularconverter，MMC)具有高度模块化、输出波形谐波含量低、开关频率低等优点，因而在高压直流输电领域得到了广泛应用。如何处理直流侧故障是MMC需要面对的主要难题。在分析已有子模块拓扑的基础上，提出了一种具有直流故障穿越能力的子模块拓扑，在不改变原有控制策略与调制策略的情况下能够快速切断故障电流。最后在PSCAD/EMTDC下搭建了仿真模型，对所提子模块拓扑进行了验证，仿真结果证明了所提出的子模块拓扑在切断直流故障电流方面的有效性。
相对于两电平和三电平换流器拓扑结构，MMC拓扑结构有诸多优点：模块化设计，通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化；开关频率低，损耗下降；输出电压波形非常平滑且接近理想正弦波形，谐波含量少，在网侧不需要大容量交流滤波器；故障穿越能力强等。基于上述特点，将MMC应用于直流输电可以显著提高直流输电系统的经济性，可靠性和适应性。
直流侧短路故障是目前MMC所面对的主要问题之一。实际工程中采用半桥子模块(halfbridgesubmodule，HBSM)，当直流侧发生故障时，由于反并联二极管仍能为故障电流提供通路，系统近似发生三相短路，且无法通过闭锁换流器来切断故障电流，严重危害系统的安全稳定运行[15]。同时，由于直流电流不存在过零点，熄弧困难，高压大容量直流断路器的制造工艺尚不成熟，目前仍处于实验阶段，在工程中鲜有应用。因此，清除直流侧故障只能依靠断开交流断路器来实现，但该方法动作速度慢，系统恢复时间长。采用具有直流故障穿越能力的子模块拓扑来切断故障电流是一种行之有效的方法。该方法通过换流器自身的电力电子器件来切断直流故障电流。由于电力电子器件的开关速度非常快，因此能够迅速切断直流故障电流。对于非永久性故障，系统能够快速恢复，提高了供电可靠性。目前，具有直流故障穿越能力的拓扑结构主要有全桥子模块(fullbridgesubmodule，FBSM)拓扑和双箝位子模块(clampdoublesubmodule，CDSM)拓扑。与HBSM相比，FBSM能够快速切断直流故障电流，但需要2倍数目的绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor，IGBT)和二极管，经济性差，投资高。为了降低换流器中电力电子器件的投资，R.Marquart提出了双箝位子模块拓扑。该子模块通过在全桥拓扑中增加1个IGBT、1个电容器和2个二极管，使子模块可输出2Uc、Uc和0(Uc为子模块电容电压)3种电平状态。与全桥拓扑相比，CDSM降低了单位电平所需要的器件数量，但在换流器闭锁后，存在电容反复充放电的问题，且不同电流方向下其切断故障电流的速度有所差异。
4. 研究方案
1.针对半桥和全桥子模块混合型MMC-HVDC进行模型搭建。
先收集混合型MMC-HVDC系统的参数，然后对半桥和全桥的拓扑结构以及子模块数量进行确定，找到两者平衡点，然后利用MATLAB软件进行模型搭建，最后根据研究做调整。
2.研究柔性直流系统直流侧发生故障时，系统保护措施以及MMC-HVDC系统的自清除能力，了解其保护原理，并进行公式计算，验证其保护结果。
5. 工作计划
第1－2周先进行相关文献收集、整理与阅读，对自己的课题的有一个大体了解，明白课题的重难点，然后确定研究方案，再重新筛选资料进行理解，为研究方案做充足的准备。
第3－4周着手开始写开题报告及与课题相关的外文翻译工作，并进行多次审查，修改，同时要记得及时上传系统，严格按要求提交。
第5－6周了解发生故障的原因，学会分析故障类型，并进行关键算法的推导，利用收集到的数据，推理出保护算法的关联公式并进行保护验证，同时完成中期检查。
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