模块化多电平换流器(MMC)

摘要： 控制保护装置作为柔性直流系统运行和故障时实现快速保护的关键设备,需要在投运前进行完整测试。现有测试手段是基于实时仿真平台的控制器在环测试,但由于模块化多电平换流器(MMC)子模块采用的是等效建模方式,这种测试方法不能详细模拟子模块的物理结构,因此无法有效模拟子模块故障,影响阀控功能的全面验证。为了解决上述问题,本文提出一种子模块故障模拟技术,该技术是在现有测试方法基础上加入故障模拟装置,能够实现子模块故障模拟,弥补现有测试方法的不足。最后实验室联调试验结果证明了所提方法的正确性和有效性。

摘要： 针对混合直流输电系统换相失败时冲击电流较大的问题,文中首先推导冲击电流幅值与电压源型换流器(VSC)的关系,明确换相失败时VSC投入的子模块数量是决定冲击电流的关键参数。然后,研究影响电网换相换流器(LCC)换相能力的主要因素,提出基于主动限流的换相失败抑制策略,在VSC调制波中加入直流扰动量和交流扰动系数,从而改变子模块投切方式,抑制换相失败冲击电流的峰值和上升速度。最后,在Matlab/Simulink中搭建两端混合直流输电系统仿真模型,对所提策略在逆变站交流侧不同程度电压下降故障时的有效性进行验证,结果表明,所提策略不仅能限制冲击电流,减小桥臂电流应力,还可有效避免连续换相失败的发生。

摘要： 为解决多端直流输电系统(multi-terminal direct current,MTDC)存在能量冲击,影响系统的正常启动的问题,提出一种智能协调启动控制策略。变电站采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),在MMC的预充电的过程中存在预充电“先发优势”的问题,为此搭建了五端MMC-MTDC系统的预充电与协调启动模型,针对几种典型的MMC-MTDC系统故障进行分析,提出智能故障恢复快速启动控制策略,仿真验证结果表明:所提出的控制策略能够有效降低启动时的暂态能量冲击,现场测试结果与预期结果一致。

摘要： 交流系统短路后,柔性直流可等效为具有一定幅值和相位的电流源。文中基于受端电网发生故障时的柔性直流等效模型,分别对影响柔性直流等效电流源相位、幅值的相关因素进行了分析。柔性直流等效电流源的相位主要受故障类型影响,而幅值主要受控制方式、限幅环节以及电气距离影响,且不同情况的相互组合对交流系统短路电流的影响更加复杂。研究表明,对于交流侧三相短路故障,柔性直流对短路电流的影响共有馈入为零、馈入为有功控制环节限幅值、馈入为无功控制环节限幅值和馈入为无功控制环节参考值4种情况。最后通过基于PSCAD的仿真结果验证了相关分析的正确性。

摘要： 针对目前双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)中桥臂电抗器布置方案存在的故障过流问题,文中分析了桥臂电抗器布置在不同位置对换流器故障电流的影响,并推导了故障电流分量的数学表达式;提出将桥臂电抗器布置在靠近直流连接点的方案,研究表明该方案能够有效限制阀侧接地故障的故障电流上升率,降低故障过电流水平,同时成本增加较少。但桥臂电抗器布置在靠近直流连接点后,现有保护策略不能及时发现桥臂电抗器穿墙套管发生的相间短路故障,会给换流器的安全运行带来隐患,因此文中提出一种桥臂电抗器穿墙套管相间短路保护策略,能有效识别桥臂电抗器穿墙套管相间短路故障。最后通过PSCAD/EMTDC对相关分析进行了仿真验证。

摘要： 现有的二、三电平变换器容量有限,而模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)独特的级联扩展能力,使得其满足大功率、高电压光伏发电场所的要求,MMC结合到光伏发电系统中成为一种新趋势。将光伏组件直接并在MMC子模块中的新拓扑相较于两级式二、三电平光伏逆变系统少了DC/DC环节,大幅度提高了并网系统容量和电压,但是系统的稳定性大大降低,特别是光伏组件在局部阴影条件下的最大功率点电压不均衡以及MMC子模块电压不稳定成为一个难题,针对这个问题进行子模块的调制策略研究,提出一种不受MMC输出影响的独立调制策略。分析子模块电容电压与MMC输出的关系,将子模块电压稳定在光伏组件的最大功率点电压处。最后通过仿真验证该调制策略的可行性,结果证明该控制策略不仅提高了光伏利用率,还能对MMC子模块起到稳压保护作用,整个光伏并网系统对电网的谐波污染也更少。

摘要： 为解决模块化多电平换流器在充电阶段过渡时易出现的电流过冲问题,以及因不当投切引起的模块过充问题,深入分析了换流器内子模块电容的预充电过程,并根据子模块电容的充电特点提出了一种适用于可控充电阶段的有源交流侧均衡控制充电策略。通过母线电压定斜率控制固定上、下桥臂的子模块投切数目,避免数目突变。同时,在充电过程中为使各臂子模块电容电压可准确跟踪其参考值,考虑了环流压降对桥臂子模块充电的影响,引入环流稳压控制环节对臂间子模块投切比例进行动态微调,从而保证子模块充电效果,提高相间充电一致性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端有源换流器预充电仿真模型,验证了上述充电策略的有效性,该策略控制下电容电压及直流母线电压平稳抬升,系统实现由不可控充电阶段到可控充电阶段的安全过渡。

摘要： 对模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统的故障暂态分析是保护策略精细化设计和设备参数选取的重要依据。为真实反映故障后架空线路上电流行波过程,有必要在分析中引入传输线分布参数模型。首先,对故障阶段的MMC进行合理等效;然后,在复频域下建立直流系统故障等值电路,采用节点分析法求解故障电流,并通过数值拉普拉斯逆变换(NILT)将复频域中获得的分析结果转换为时域响应;最后,将基于NILT的计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比验证。结果表明:所提方法具有较高精确度,可以有效反映故障行波的传播特性,对MMC-HVDC系统的保护设计具有积极意义。

摘要： 由于中低压配电网下电压等级较低,模块化多电平换流器(MMC)子模块数量也较少,因此少子模块MMC的调制方式对MMC系统的性能有重要影响。为改善少子模块MMC的输出质量与输出能力,文中提出一种工作在高调制度的基于电平阶跃点切换的少子模块MMC混合调制策略。在最近电平逼近调制(NLM)的基础上,控制MMC在输出电平阶跃点处进行NLM与载波移相脉宽调制模式之间的实时切换,同时结合环流控制和子模块电压均衡控制,进一步保证少子模块MMC在该混合调制下的正常运行。然后,建立子模块数为4的MMC混合调制的仿真模型,对该少子模块MMC混合调制策略进行仿真验证。结果表明:所提出的混合调制策略兼顾低输出谐波和低开关损耗的特点,提高了其输出质量;且其处于高调制度的工作情况,增大了直流电压利用率,提高了少子模块MMC的输出能力。

摘要： 针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块电压波动导致相间环流过大的问题,在设计MMC子模块均压的基础上,提出一种将低通滤波器与并联的多个准比例谐振(quasi proportional resonant,QPR)控制器结合的新型环流抑制器.首先介绍MMC基本拓扑结构及分析MMC桥臂子模块电压波动与桥臂环流的机理关系,然后提出基于MMC电容均压控制的环流抑制策略,最后在Matlab/Simulink中验证该方案的有效性与可行性.仿真结果表明,MMC子模块电容电压波动幅度较小,并且MMC中高频与低频环流均在合理范围之内.

摘要： 一种双子模块(18)形成用于模块化多电平换流器(8)的，其中，所述双子模块(18)具有两个互连子模块(19，21)，其中，每个子模块具有：非对称半桥电路(22，32)，所述非对称半桥电路(22，32)具有连接在所述子模块(19，21)的第一和第二端子连接(27，28；37，38)之间的两个并联桥支路(24，26；34，36)，其中，每个桥支路由电力半导体开关(T1，T4；T6，T7)和二极管(D2，D3；D5，D8)的串联电路形成，其中，所述电力半导体开关被分配给反并联续流二极管(D1，D4；D6，D7)，并且具有电容器(23；33)，所述电容器与所述非对称半桥电路(22；32)并联连接在所述模块的所述第一和所述第二端子连接之间。子模块(19，21)通过其AC端子(29，31；39，41)相互连接，形成双子模块(18)。此外，模块化多电平换流器(8)形成包括在其每一个换流器支路(9a‑9f)中的多个这种双子模块(18)。

摘要： 本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块，包括压装组件的负接口母线与第一对外母排连接，压装组件的PH接口母线与第二对外母排连接，放电电阻电连接至支撑电容，支撑电容的一个电气接触点通过第一连接母排连接至电抗器的第一电气接口，支撑电容的另一个电气接触点通过第二连接母排连接至压装组件的负接口母线，电抗器的第二电气接口电连接至压装组件的正接口母线，吸收电阻的两个电气接口分别电连接至压装组件与电抗器的第一电气接口，门极电源电连接至压装组件的门驱电源接口。本发明实施例还提供一种模块化多电平换流器，本发明实施例提供的模块化多电平换流器的子模块及模块化多电平换流器的布局合理，集成度高，结构紧凑，以节省空间。

摘要： 一种双子模块(18)形成用于模块化多电平换流器(8)的，其中，所述双子模块(18)具有两个互连子模块(19，21)，其中，每个子模块具有：非对称半桥电路(22，32)，所述非对称半桥电路(22，32)具有连接在所述子模块(19，21)的第一和第二端子连接(27，28；37，38)之间的两个并联桥支路(24，26；34，36)，其中，每个桥支路由电力半导体开关(T1，T4；T6，T7)和二极管(D2，D3；D5，D8)的串联电路形成，其中，所述电力半导体开关被分配给反并联续流二极管(D1，D4；D6，D7)，并且具有电容器(23；33)，所述电容器与所述非对称半桥电路(22；32)并联连接在所述模块的所述第一和所述第二端子连接之间。子模块(19，21)通过其AC端子(29，31；39，41)相互连接，形成双子模块(18)。此外，模块化多电平换流器(8)形成包括在其每一个换流器支路(9a‑9f)中的多个这种双子模块(18)。

摘要： 本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块和模块化多电平换流器，其中，该子模块至少包括：功率单元、PWM调制驱动电路、第一直流电容和控制器，其中，所述功率单元的直流输入端与所述子模块的直流输入端连接，所述第一直流电容与所述功率单元并联连接，所述控制器的输出端与所述PWM调制驱动电路的输入端连接，所述PWM调制驱动电路的输出端与所述功率单元的控制端连接。本发明通过采用PWM驱动控制，能够使得在一个开关周期内，功率单元的输出值等于给定值，因而在各子模块中不需要设定均衡控制器，使得模块化多电平换流器的控制结果变得简单，扩展性强。

摘要： 本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块，包括压装组件的负接口母线与第一对外母排连接，压装组件的PH接口母线与第二对外母排连接，放电电阻电连接至支撑电容，支撑电容的一个电气接触点通过第一连接母排连接至电抗器的第一电气接口，支撑电容的另一个电气接触点通过第二连接母排连接至压装组件的负接口母线，电抗器的第二电气接口电连接至压装组件的正接口母线，吸收电阻的两个电气接口分别电连接至压装组件与电抗器的第一电气接口，门极电源电连接至压装组件的门驱电源接口。本发明实施例还提供一种模块化多电平换流器，本发明实施例提供的模块化多电平换流器的子模块及模块化多电平换流器的布局合理，集成度高，结构紧凑，以节省空间。

摘要： 本发明提供了一种模块化多电平换流器的接地保护方法及模块化多电平换流器，涉及直流输电技术领域，以在模块化多电平换流器出现接地故障时，对模块化多电平换流器进行保护。其中所述模块化多电平换流器的接地保护方法，在模块化多电平换流器中的至少一个相单元的每个子模块上对应的并联至少一个保护电路，保护电路的一端与子模块的正极连接，保护电路的另一端与子模块的负极连接；当模块化多电平换流器出现接地故障时，控制保护电路导通；当模块化多电平换流器处于正常状态时，控制保护电路断开。本发明提供的模块化多电平换流器的接地保护方法用于对模块化多电平换流器进行保护。

摘要： 本发明涉及一种模块化多电平换流器MMC五电平钳位子模块拓扑结构，属于柔性直流输电技术领域。本发明包含由子模块组成的A、B、C三相电路，每一相包含上下两个桥臂，每个桥臂由N个子模块构成，在A、B、C三相电路上下桥臂之间存在两个桥臂电抗器；所述子模块包括子模块上半部分和子模块下半部分，两者通过二极管相连，子模块上半部分的电压负极端口连接至子模块下半部分的电压正极端口，子模块下半部分的电压负极端口与二极管的阳极相连，子模块上半部分与二极管的阴极相连。本发明具有较好的直流故障清除能力，同时均压效果较好，有利于MMC的快速重启。

摘要： 本实用新型涉及一种模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器。模块化多电平换流器子模块包括：全桥电路、第一半桥驱动器、第二半桥驱动器、电容支路和旁路开关；旁路开关与全桥电路连接；电容支路与全桥电路并联；全桥电路包括串联的第一半桥功率电路和第二半桥功率电路；第一半桥驱动器与第一半桥功率电路连接；第二半桥驱动器与第二半桥功率电路连接。本实用新型的模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器，能够输出多电平，并且通过使用耐压规格较低的功率半导体器件，能够减少成本、体积和占地面积，还能够提高电能质量。

摘要： 本实用新型实施方式公开了模块化多电平换流器的子模块单元和和模块化多电平换流器。包括：一或多个的第一子模块，其具有第一输出电压；一或多个的第二子模块，其具有第二输出电压；其中所述第一子模块与所述第二子模块串联，所述第二子模块与所述第一子模块具有相同的电路拓扑结构，所述第二输出电压是所述第一输出电压的N倍，其中N为至少为2的正整数。模块化多电平换流器输出电压更加灵活，而且可以降低子模块的数量。

摘要： 本实用新型涉及一种模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器。模块化多电平换流器子模块，包括：第一半桥功率半导体器件、第二半桥功率半导体器件、第一半桥驱动器、第二半桥驱动器、母线支撑电容和旁路开关。本实用新型的模块化多电平换流器子模块及模块化多电平换流器，通过使用耐压规格较低的功率半导体器件，能够减少成本，并且没有增加旁路开关和母线支撑电容，也能够减少成本，并且能够减少体积及占地面积。