直流电网MMC拓扑及其直流故障电流阻断方法研究

难于阻断直流侧故障电流是典型半桥模块化多电平换流器(half bridge sub module based modular multilevel converter,HBSM-MMC)的固有缺陷,严重影响该类型换流器在直流电网中的应用,因此开展具有直流故障电流阻断能力的MMC拓扑及控制技术研究意义重大。首先介绍典型HBSM-MMC的拓扑结构及工作原理,阐述其直流侧故障特性及影响机理,对比分析现阶段存在的直流侧故障清除方法及优缺点,指出基于换流器拓扑的自清除方法是解决直流侧故障电流阻断问题的最有效方法之一;通过对国内外MMC拓扑的调研,分别详细研究3类MMC优化拓扑结构及其直流故障隔离和电流阻断机理,对比分析3类优化拓扑的各项参数和功能实现的优缺点,为后续MMC技术在多端直流输电系统和多电压等级直流电网中的应用提供技术参考。

一种新型MMC并联双端口子模块及其三阶段故障电流阻断机理

为使模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具备直流故障自清除能力和电容电压均衡能力,提出了一种新型并联双端口子模块:钳位双全桥子模块(clamp double full bridge submodule,CD-FBSM)。该子模块器件成本和运行损耗较低,正常工作时相邻子模块之间具有多种协同运行模式,通过特有的并联模式可提高电容电压均衡度。故障闭锁时,模块内部电容并联、模块之间电容串联且反向接入电路,能够可靠阻断故障电流并均衡电容电压,有利于系统快速重启。此外,提出了三阶段故障电流阻断机理分析方法,对CD-FBSM的故障电流阻断过程进行了研究。通过Matlab/Simulink的仿真结果表明,所提子模块电容电压均衡度较高,可快速阻断故障电流,且故障电流阻断过程与理论分析一致。

一种可阻断直流故障电流的双逆阻型MMC研究

可阻断直流故障电流的模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)在高压直流输电工程中具有广泛的应用前景。提出一种可阻断故障电流的基于新型双逆阻型子模块(DualReverseBlockingSub-Module,DRBSM)的MMC拓扑结构。在输出相同电平数的前提下,与现有拓扑相比,DRBSM型MMC具有较强的直流故障电流阻断能力和更低的功率损耗,且DRBSM型MMC可直接移植半桥子模块(HBSM)型MMC拓扑的控制和调制策略。亦对该子模块结构的拓扑构成、运行原理及故障电流阻断机理进行分析。最后,采用PSCAD/EMTDC仿真验证了该拓扑结构的可行性和有效性。

基于二极管钳位逆阻型双子模块的MMC直流故障自清除策略

针对传统半桥子模块无法实现直流故障电流阻断功能的问题,设计了一种二极管钳位逆阻型双子模块结构（D-RBSM）。在详细分析该子模块的直流故障清除机制,并与其他拓扑结构进行经济效益对比后,通过在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型对该子模块拓扑的正确性和有效性进行验证。结果表明,二极管钳位逆阻型MMC能够实现对直流故障电流的闭锁,同时可有效降低RB-IGBT对触发脉冲同时性的严格要求,提高系统的安全系数。

含DAB型直流变换器的中低压直流配电系统极间短路故障穿越方法

极间短路故障是直流配电系统中最为严重的故障类型,当含双有源桥(DAB)型直流变换器的直流配电系统中压侧发生极间短路故障时,DAB闭锁,低压侧电压大幅下跌,故障清除后恢复速度较慢。为解决上述问题,提出了一种新型故障穿越方法。通过对传统DAB结构进行改进,增设故障电流阻断模块和补偿电容支路,能在故障发生后迅速识别、切断故障并投入补偿电容。故障持续期间,DAB无需闭锁,依靠模块电容以及补偿电容向低压侧负荷进行供电,有效改善了低压侧电压跌落。故障清除后电容能够快速充电至正常运行状态。PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果验证了所提方法能够有效减小中压侧极间短路故障对于负荷的影响,并且具有良好的故障恢复特性。