PDF《基于钳位双子模块的 MMC 故障清除和重启能力分析》

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0 基于钳位双子模块的 MMC故障清除和重启能力分析 丁云芝,苏建徽,周建(合肥工业大学能源研究所,安徽省合肥市

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0 9 ) 摘要:针对当前已投入运行的高压直流( HV D C) 输电工程中模块化多电平换流器( MMC) 不具备 直流侧故障电流闭锁能力的问题, 分析了一种可自清除直流侧故障电流并且可重启动的 MMC 拓扑― ― ―基于钳位双子模块的 MMC.这种拓扑可在发生直流故障时通过闭锁所有绝缘栅双极型晶 体管( I G B T) 的触发信号和利用二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程, 从而达到无需交流断路 器动作实现清除直流故障的目的.这种拓扑将半桥模块化 MMC的调制方法和控制策略与可清除 直流故障能力结合在一起, 且具有结构简单、 造价经济等特点.通过对半桥模块化 MMC和钳位双 子模块 MMC在直流侧双极短路故障情况下的故障电流进行分析和仿真, 验证了基于钳位双子模 块的 MMC在处理直流侧故障方面的能力和效果. 关键词:高压直流;

模块化多电平换流器;

直流侧双极短路故障;

钳位双子模块 收稿日期:

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修回日期:

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0 引言 随着全控型电力电子器件耐压等级和容量的不 断提升, 使得采用绝缘栅双极型晶体管( I G B T) 构成 电压源换流器来进行高压直流( HV D C) 输电成为可 能[

1 - 2] .模块化多电平换流器( MMC) 作为直流输电 的电压源换流器的拓扑之一, 由于其特殊的结构, 使 得其较传统的两电平或三电平换流器具有一系列优 点[ 3] , 近年来得到了学术界和工程界的广泛关注. 从国内外研究现状来看, 很多学者对 MMC 进 行了大量研究, 但大部分主要集中在系统建模、 调制 策略选择、 控制系统设计、 子模块均压等问题上.如 文献[

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7 ] 建立了模块化多电平换流器型高压直流 ( MMC - HV D C) 输电的等效模型, 对调制策略进行 了深入研究;

文献[

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9 ] 对MMC的交直流侧控制方 法和环流抑制进行了研究;

文献[

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1 1] 针对子模块 电容电压不易控制的问题提出了有效的解决方案. 但对于目前 MMC拓扑结构不具备控制直流侧故障 电流这一致命弱点, 却只有少数文献进行了阐述和 研究.一旦发生直流侧故障, 就必须断开交流侧断 路器, 这样造成的危害极大: 不仅导致系统停运( 这 对于多端直流输电系统和易发暂时性故障的架空线 路来说危害是致命的) , 而且由于机械开关响应慢, 往往需要增大设备额定参数、 配置高速旁路开关等 辅助性措施, 以防止期间的过 电流引起器件损坏. 所以现在已投入运行的 MMC - HV D C 输电系统, 如 美国的 T r a n sB a yC a b l e工程和国内的上海南汇风 电场 MMC - HV D C示范工程, 都采用的是造价昂贵 的地下电缆双端系统的方案, 如果不能有效解决直 流侧故障的问题, 采用造价较为经济的架空线路和 多端直流输电系统方案的实施将会面临巨大挑战. 本文从 MMC的子模块入手, 通过分析比较不 同子模块的结构特点和故障机理,并且在MAT L A B / S i m u l i n k平台上进行仿真, 证明基于钳 位双子模块( C D S M) 的MMC( 简称 C D S M - MMC) 在处理直流侧故障电流问题上的能力和效果.