With the objective to reduce the cost of HVDC tap, this thesis presents two topologies based on multilevel H-bridge converter, which connect H-bridges of a-, b- and c- phase in series to save one third of semiconductor switches. The first topology, based on force-commutated thyristors, is proposed for classical thyristor HVDC for high power transmission. This thyristor tap is immune from commutation failure. It operates with decoupled P-Q control. Operation at unity, lagging and leading power factor is possible. By zig-zag transformers and time shifted square wave currents, only n=24m±1 (m=1, 2, 3 etc) harmonics exist in the line current. Total harmonic distortion (THD) of 4% is achieved. The tap is evaluated as the third terminal midway in a point-to-point classical HVDC system. Simulation studies show that under steady-state conditions the tap operates well in point-to-point classical HVDC. The second topology, based on series-connected single-phase H-bridges of modular multi-level converter (SSP-MMC), is proposed for medium power transmission by VSC-HVDC. Operation with MMC concepts has the advantage that high frequency switching noise is easily filtered but has the disadvantage of having large 2nd harmonic from single phase power. With the linearization of the energy of capacitors of the sub-modules, the capacitor voltage is expressed as approximate equivalent ideal voltage sources on the ac side and dc side. Analyti¬cal insights from the proposed equivalent circuits show how the 2nd and 3rd harmonics are eliminated by feedback and feed forward methods. This enables the tap to operate with smaller and therefore cheaper sub-module capacitors. Simulation results verify the proposed control methods. As with thyristor tap, the operation of the SSP-MMC tap is evaluated when connected to point-to-point VSC-HVDC system. The study shows that the SSP-MMC tap operates well in a point-to-point VSC-HVDC system under normal steady-state conditions. / Avec l'objectif de réduire le coût de branchement de courant continu haute tension (HVDC), cette thèse présente deux topologies basées sur le convertisseur pont en H multi-niveaux, qui connectent les ponts en H de phase a-, b- et c- en séries pour économiser un tiers des commutateurs semi-conducteurs. La première topologie, basée sur les thyristors commutés par la force, est proposée pour un thyristor HVDC classique pour une puissance élevée de transmission. Ce branchement thyristor est à l'abri d'une défaillance de commuta-tion. Il fonctionne avec un contrôle P-Q découplé. L'opération à l'unité, le douvage et le facteur de puissance capacitif est possible. Par les transformateurs en zigzag et les courants d'ondes carrées décalés, seulement n=24m±1 (m=1, 2, 3, etc.), des harmoniques existent dans le courant de ligne. Un taux de distorsion harmonique (THD) de 4 % est atteint. Le branchement est évalué comme étant à mi-chemin de la troisième borne dans un système point-à-point de HVDC classique. Des études de simulation montrent que, dans des conditions d'état stationnaire, le branchement fonctionne bien dans le système point-à-point de HVDC classique. La seconde topologie, basée sur des ponts en H monophasés connectés en série du convertisseur modulaire multi-niveaux (SSP-MMC), est proposée pour la transmission de puissance moyenne par VSC-HVDC. Le fonctionnement avec des concepts MMC présente l'avantage que le bruit de haute fréquence de commutation est facilement filtré, mais présente l'inconvénient d'avoir de grandes 2èmes harmoniques de puissance monophasée. Avec la linéarisation de l'énergie des condensateurs de sous-modules, la tension du condensateur est exprimée comme des sources de tension idéales approximatives équivalentes du côté courant alternatif (AC) et courant continu (DC). Les aperçus analytiques des circuits équivalents proposés montrent comment les 2èmes et 3ièmes harmoniques sont éliminées par des méthodes de rétroaction. Cela permet au branchement de fonctionner avec des condensateurs de sous-modulaires plus petits, et ainsi moins dispendieux. Les résultats de simulation vérifient les méthodes de rétroaction proposées. Comme avec le branchement thyristor, le fonctionnement du branchement SSP-MMC est évalué lors de la connexion point-à-point du système VSC-HVDC. L'étude démontre que le branchement SSP-MMC fonctionne bien dans un système point-à-point VSC-HVDC dans des condi-tions normales d'état stationnaire.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114460 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Hao, Quanrui |
| Contributors | Boon-Teck Ooi (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Electrical and Computer Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0021 seconds