PDF《适用于远距离大容量架空线输电的交叉型子模块拓扑》

2 和C

3 的电容电压将发生改变.此时可 通过对子模 块施加

0 电平( 模式2或模式3) 的方式, 使4个电容的电压重新恢复均衡. 与模式1下的0电平不同, 模式2或模式3下的0电平的实现原理不是旁路所有电容, 而是投入 一对电压反 向的电容,

0 电平(模式2) 中为C1和C3, 0电平( 模式3) 中为 C

2 和C4, 以此来分别平衡 C 1, C

3 以及 C 2, C

4 间的电容电压. 若子模块经过闭锁操作后, C

2 和C3的电容电 压同时变为 UC ′ , C

1 和C4的电容电压保 持UC 不变.为了平衡这4个电容之间的电压, 可先使子模 块运行在0电平( 模式2) 下, 若C1和C3的电容值 近似相 等, 则C1和C3的电容电压将变为(UC ′+ UC) / 2;

接着, 使子模块运行在0电平( 模式3 ) 下, 则C2和C4的电容电压亦将变为(UC ′+UC ) / 2.此时, 子模块内4个电容的电压将重新恢复相等. 此外, 可人为设定子模块电容电压平衡阈值ΔUd i f f.若C1, C

3 或C2, C

4 间的电压偏差较小, 没有 超过阈值, 则子模块无需进行均压操作, 以降低控制 策略的复杂程度. 需要注意的是, 由于此模式下投入的是一对电 压反向的电容, 因此此模式的实质是促进子模块内 部4个电容的电压均衡, 而非子模块间的电容电压 均衡.与传统策略类似, 子模块间的电容能量均衡 依然需要结合后续的调制策略来进行. 1.

5 其他运行模式

1 ) 2电平模式 由于上述稳态运行方式输出电压 THD 较高, 因此在子模块数量适中的中低压直流输电工程中, 可增加2电平输出模式, 以改善输出波形的质量. 2电平输出模式可细分为3种: 模式1中子模 块投入电容为 C

1 和C2, 模式2中子模块投入电容 为C3和C4, 模式3中子模块投入电容为 C

1 和C4. 3种模式下, 子模块端口电压均为2 UC.此时每个 C C S M 可提供的电平为0,

2 UC,

4 UC 这3种, MMC 产生的阶梯波将更为平滑, 波形质量将较上一种运 行方式有所提升. 然而在2电平输出模式中, 无论采用哪种模式, 每次均只有两个电容投入电路.投入电路的两个电 容会随电流方向的不同充电或放电, 而其余两个未 投入的电容将保持电压不变.因此, 在此种运行方 式下将频繁触发电容均压模式, 会大幅增加系统控 制策略的复杂程度.

2 ) -2电平模式 在正常运行方式下, 一般不需要子模块输出负 电平.然而在系统出现过调制等特殊情况下, 子模 块的负电平输出能力可以保证系统在一定范围内维 持稳定运行, 进而增大系统的运行范围. 当子模块输出状态为-2电平时: S 2, S 3, S

6 开通, S 1, S 4, S

5 关断, 电流将流经 S 2, C 2, S 6, C 3, S 3, 此 时子模块内 C

2 和C3将反向投入, 子模块端口电压 为-2 UC.由于 C

1 和C4并不投入电路, 因此子模 块内电容电压将不再均等.同2电平运行模式一 样, 本运行方式也需要配合电容均压模式以重新实

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1 刘高任, 等 适用于远距离大容量架空线输电的交叉型子模块拓扑 现电容电压均衡.

2 系统运行特性与调制策略 2.

1 子模块数量对交流系统谐波水平的影响 以HBSM为例, 由上文分析可知, 每一个CCSM相当于4个HBSM的组合.若原有系统每 桥臂级联 H B S M 数量为 N, 则转换为 C C S M 后, 每 桥臂串联子模块数 M 应等于N/ 4. 由于每个 H B S M 均可独立输出正电平及零电 平, 因此当串联个数为 N 时, 其电平数为 N +1, 电 压阶梯 大小为UC.而由于CCSM的输出电压为4UC 或0, 因此其等效电平数为 M +1或N/ 4+1, 电压阶梯大小为4 UC. 可以看出, 在同等电压输出水平下, 采用 C C S M 时的 THD 将略大.文献[