新跨接双极三电平子模块拓扑及其控制策略

基于半桥型子模块拓扑的模块化多电平换流器不具备直流短路故障电流阻断能力,影响了低成本架空线的应用。为抑制直流故障时的短路电流,研究了一种新跨接单极三电平子模块拓扑,解决了混合拓扑中电容不均衡充电问题。然后为应对子模块闭锁对换流站和电网可能产生的不利影响,设计了一种新跨接正、负极三电平子模块拓扑,并分析了其过调制运行、降直流电压运行和桥臂电流方向变化工况时所提拓扑的正、负电平输出要求,进一步减少了子模块中功率器件数量并研究了其控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,对所提新跨接双极三电平子模块拓扑过调制运行、自均压特性及闭锁抑制特性进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的拓扑及控制策略能够有效抑制直流故障时的短路电流。

基于三电平子模块的倍电平复合式MMC变换器

为了降低模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)的接线复杂度和通信失效故障概率,ABB提出了采用压接式IGBT串联的级联两电平CTL(cascaded two-level)变换器。由于桥臂子模块数由数百降为几十,CTL变换器输出电压电平数较少,需要在交流侧安装滤波器。为此,提出了基于三电平TL(three-level)子模块的倍电平复合式MMC变换器VLD-HMMC(voltage-level-doubler hybrid MMC)。每个桥臂有TL、半桥HB(halfbridge)子模块混合组成,且交流侧串联有一个全桥FB(full-bridge)子模块,输出电压电平数提高了1倍,从而省去了交流滤波器。各子模块具有脉冲自主触发功能且其功率开关由压接式器件串联组成,降低了桥臂子模块数,简化了控制器与主电路之间的接线复杂度,降低了通信故障的概率。单个功率开关短路故障不会影响系统正常运行,并且可避免了子模块电容的过度放电,保护电容器和功率开关,提高变换器的可靠性及故障穿越能力。所提拓扑结构实现了直流故障穿越运行,为HVDC换流站的设计提供了技术参考。