模块化多电平换流器子模块拓扑结构对比分析

模块化多电平换流器型高压直流输电以其独特的技术优势,已成为未来电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC)领域的发展趋势。MMC是未来高压直流输电传输系统的重要组成部分,半桥型子模块、双箝位型子模块和全桥型子模块是MMC三种主要的可选择的子模块拓扑结构。分析了MMC的通用拓扑结构及三种常见子模块的拓扑结构和工作模式,得出了不同子模块结构的特点,最后通过仿真验证了不同子模块拓扑结构的直流故障穿越能力,并对比分析了采用不同子模块拓扑结构MMC的基本特性。

高压直流输电模块化多电平换流器拓扑研究

基于VSC(Voltage Source Converter)的高压直流输电为解决大规模清洁能源并网等问题提供了新方法,现已投运的VSC-HVDC工程无法有效处理直流故障。阐述传统H-MMC拓扑无法快速有效阻断直流侧故障电流的原因,重点对比分析目前已提出的3类具备直流侧故障切除的改进型换流器拓扑结构的共性与不同点,研究其清除直流侧故障的机理。通过PSCAD/EMTDC软件对不同拓扑组成的换流器进行仿真分析,验证了提出的换流器阻断直流侧故障电流的机理,改进型拓扑组成的换流器具有较好的应用前景。

不同子模块MMC在中压直流配电网中的应用研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的子模块是其核心部件。结合MMC在中压直流配电网领域的广阔前景,分析了MMC常见的半桥型、全桥型子模块结构。简化半桥型、全桥型、混合型三种子模块结构的MMC在直流侧双极短路故障时的等效电路,从理论上分析了三种子模块结构的MMC对直流侧双极短路故障的抑制能力。针对三种子模块结构MMC,分别通过基于PSCAD/EMTDC的两端MMC系统的仿真,验证了理论分析的正确性。得出在中压直流配电网中,混合型子模块结构MMC在技术上的可行性和经济上的优越性。为未来中压直流配电网中换流器子模块拓扑的选择提供参考。

具备阻断直流侧故障电流模块化的多电平换流器应用研究

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)存在子模块数量较多、不具备阻断直流侧故障电流等问题,提出一种基于传统MMC拓扑结构的新型模块化多电平拓扑,其桥臂由2个子模块组串联构成,2个子模块组分别由半桥子模块和箝位双子模块串联组成,降低稳态运行损耗和元器件使用数量;阐述该新型拓扑的基本参数选取原则及上、下2组子模块的协调投切过程;针对新型MMC拓扑,采用相应的模型预测控制策略。最后,通过实验进行验证。研究结果表明:新型拓扑不仅具备阻断直流侧故障电流能力,而且在子模块数量相同时,输出电平数增多,交流电压输出波形更接近正弦波。

一种新型的混合MMC预充电策略

模块化多电平换流器(MMC)的预充电是保证MMC-HVDC系统正常运行的基础,其中同时包含全桥子模块(FBSM)和半桥子模块(HBSM)的混合型MMC拥有较强的直流故障穿越能力而成为研究的热点。由于全桥子模块和半桥子模块的充电特性不同,子模块(SMs)的电容器电压在不受控制的预充电过程结束时可能会有所不同。通过分析指出了混合型MMC常规不控充电策略的缺陷,然后提出了一种三阶段预充电策略。该策略可以消除不同类型子模块的电容电压不平衡,解决了半桥子模块预充电过程中自取能量不成功的问题。最后,基于所提出的策略对不受控预充电过程进行了仿真和分析。

混合型MMC启动策略及全桥子模块数目配置研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是柔性直流输电的研究热点。由半桥子模块(Half-bridge Sub-module,HBSM)和全桥子模块(Full-bridge Sub-module,FBSM)组成的混合型MMC非常适用于大容量架空线输电系统。考虑到混合型MMC的拓扑结构特点,首先提出了一种分段式启动控制策略;然后分别对两种最常见的直流故障(单极接地短路和双极短路)的故障机理进行分析,并结合故障机理提出两种子模块的数目配比方案;最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中建立了401电平,±320 k V,1 000 MW的混合型MMC模型,对论文所提出的启动策略和直流故障穿进行仿真分析,结果证明了所提出控制策略的有效性。

混合型MMC全桥子模块的配置比例优化设计

由半桥子模块(half-bridge submodule,HBSM)和全桥子模块(full-bridge submodule,FBSM)组成的混合型模块化多电平换流器因具备无闭锁直流故障穿越能力,成为了柔性直流输电领域的研究热点。首先,对混合型MMC的拓扑结构进行分析,并介绍无闭锁故障穿越的机理。为降低FBSM的配置比例,减少换流站投资成本,在桥臂电压调制波中注入三倍频电压的条件下,对直流侧短路故障工况、降压运行工况进行了FBSM配置比例优化设计。计算表明,桥臂调制波中未注入三倍频电压时,FBSM配置比例需达到50%,注入三倍频电压后,FBSM配置比例达到43.3%即可实现系统的稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建401电平双端混合型MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和三倍频电压注入优化策略的有效性。

闭锁状态下MMC子模块电容充电升压机理及对策

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在闭锁状态下子模块电容充电升压的现象,对子模块过电压旁路保护策略提出改进意见。首先详细分析了柔直对称单极系统中,MMC阀侧发生接地故障且被闭锁后,健全相电压幅值被抬高等现象。由于直流线路存在分布电容的原因,健全相桥臂电容充电升压,本文总结了引起该充电过程的条件和因素,提出了闭锁状态下防止子模块过电压误旁路的新的保护策略,最后在一个三端柔性直流系统PSCAD模型上的仿真分析全面验证了闭锁状态下子模块充电升压的机理,所提出的子模块过电压旁路保护改进策略可以避免子模块误旁路,从而降低MMC的检修工作量。

基于半桥子模块的模块化多电平换流器内部故障诊断及对策

半桥子模块((half bridge sub-module,HBSM)是构成HBSM型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,M M C)的基本单元,HBSM开路或短路故障是M M C的常见故障,实现对其快速、准确地诊断及可靠地保护关系到MMC-HVDC系统安全稳定运行,具有重要研究意义。该文首先对HBSM中IGBT的开路、短路故障进行了全面的故障特性分析,基于故障特性分析,在仅需要测量子模块电容电压,不需要增加额外测点的情况下,提出了HBSM中IGBT的开路、IGBT或反并联二极管(FWD)短路故障的诊断策略,提出的诊断策略逻辑简单,计算结果仅有"0"、"1"和"∞"3种形式,且不受外部交直流系统故障的干扰。在提出故障诊断策略的基础上,设计了冗余HBSM处于"热备用"运行状态时的故障隔离策略,实现在不用闭锁整个换流站的情况下可靠地隔离发生故障的HBSM。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真试验,验证了所提出的故障诊断策略及隔离方案的可行性。