模块化多电平换流器应用于直流输电的科研挑战及解决方法
1)依靠换流站交流断路器,但交流断路器故障切除时间通常在45~150ms之间,不利于故障快速切除和系统恢复;
2)其次安装直流断路器对直流侧故障进行隔离,目前国内外仅有为数不多的几个公司完成了直流断路器样机研制,这些样机还没有广泛的工程成功应用案例,成本高且技术仍然不成熟。
3)换流器采用具有故障抑制能力改进型子模块代替半桥子模块实现短路故障清除。
例如,具有并联抑制功能的钳位二极管子模块及其改进拓扑;
实现串联抑制功能的串联双子模块和跨接三电平和五电平拓扑,为减少功率器件数量的闭锁后储能电容非对称充电的混合拓扑,利用双向阻断能力绝缘栅双极型晶体管构成的阻断型拓扑。
有学者研究了电容电压排序均衡控制策略,该策略具有原理清晰、实现简单的特点。
但排序均衡需要对所有模块电容电压进行实时排序和选择,占用运算资源较多,可能会在控制环节引入较大延迟,降低MMC电流动态跟踪特性。
有学者针对载波移相调制策略,为每个子模块附加独立电容电压控制环节,实现了无需排序的电压均衡控制,但控制环节增加了均压控制复杂度。
有学者提出一种减少传感器的电容电压分组均衡控制策略以提高均压效率,但不能应对组内部电容参数差异引起的误差。
为实现模块间电容能量交换,解决电容电压均衡问题,有学者在相邻子模块电容上串接钳位二极管,提供能量通道,设计了一种MMC新拓扑,但是需要借助辅助变压器才能实现相内电压平衡。
有学者提出一种具备自均压能力MMC拓扑,在保留MMC模块化特性的同时,采用二极管钳位方法,将各个子模块电容电压钳位在最底端子模块和最顶端子模块电容电压之间,使得MMC在子模块投切过程中自发实现电容电压均衡。
这种方法控制简单,但是保持最底端和最顶端子模块电容电压平衡电路可能需要承受较高的绝缘电压。
以上研究成果发表在2020年第18期《电工技术学报》,论文标题为“自阻自均压模块化多电平换流器子模块拓扑及控制”,作者为张建坡、崔涤穹、田新成、赵成勇。
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