模块化多电平换流器改进拓扑结构及其应用

模块化多电平换流器(MMC)作为实现多电平换流器的一种新的拓扑结构,具有高度模块化、维护间隔长、输出波形谐波含量低等优点,因此在中高压电能变换和高压直流输电领域得到了广泛的应用和研究。而传统的半桥型子模块结构在直流侧发生故障的时候,由于所并联前向二级管原因,当IGBT闭锁时,不能够实现直流侧故障电流的阻断功能,从而对其应用带来了一定的不利影响。本文总结了现有的子模块拓扑结构的特点,通过分析MMC直流侧故障时桥臂电流与模块电容的充放电关系,对传统的半桥型子模块拓扑结构进行了改进,设计了串联双子模块闭锁拓扑结构,从而在不影响控制策略的基础上实现了直流侧故障电流阻断功能。最后以改进型拓扑结构为例,搭建了仿真模型,对直流侧故障特性以及相应的控制策略进行了分析验证。

模块化多电平换流器改进型子模块拓扑仿真研究

针对模块化多电平换流器高压应用和高电平输出时子模块数量过多问题,研究了堆叠式两电平和多电平输出子模块拓扑特点。在总结不同改进类型子模块拓扑特点基础上,定性比较了各种拓扑在直流侧短路故障时所具有的故障电流抑制能力差异性。针对串联双子模块拓扑,设计了基于全控和半控整流方式的混合充电策略。以改进型拓扑为例,在PSCAD/EMTDC中搭建了两端有源MMC-HVDC系统,对不同子模块拓扑的直流侧故障抑制特性以及串联双子模块拓扑启动策略的有效性进行了分析验证。

基于改进拓扑的MMC-HVDC控制策略仿真

基于模块化多电平换流器高压直流输电技术已得到了广泛应用和研究。当直流侧线路发生短路故障时,传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)半桥子模块拓扑不具备闭锁直流故障电流能力,只能靠触发交流断路器来进行故障隔离,从而降低了系统故障穿越能力。而在交流侧电网故障时,基于同步旋转坐标的矢量控制为抑制负序电流,需要将电流进行序分量分解和单独控制,从而对其控制性能带来一定影响。为实现直流故障电流抑制,先对MMC半桥子模块拓扑进行改进,设计具有直流侧故障电流阻断能力的双子模块串联拓扑;其次为避免电网电压不平衡下电流序分量分解,利用准比例谐振控制器作为电流内环控制,并设计相应限流环节;此外电容电压均衡作为MMC中不可或缺的控制,通过定义电容电压差异度量化指标,对排序频率实现动态调整,避免不必要的开关状态转换,降低开关频率;最后以改进子模块拓扑为例,在PSCAD/EMTDC仿真环境中,搭建仿真模型,对负序电流抑制策略和直流侧两极短路故障电流抑制功能分别进行了仿真验证。