PDF《模块化多电平换流器稳态功率运行范围的确定方法》

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a e p s G i n f o . c o m 模块化多电平换流器稳态功率运行范围的确定方法 屠卿瑞,陈志光,曾耿晖,李一泉,邱建(广东电网电力调度控制中心,广东省广州市

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0 0 ) 摘要:为了确定模块化多电平换流器( MMC) 的稳态运行范围, 首先研究了 MMC额定运行点的确 定方法, 介绍了换流变压器阀侧额定电压的选取过程.在此基础上, 通过相量图分析的方法, 建立 了换流器P ? Q 图与电气相量图间的映射关系, 直观地揭示了各个电气量的大小与 MMC稳态功率 运行范围的关系.分析了内部电动势幅值和相角的可行范围, 指出内部电动势的幅值大小是限制 MMC无功功率输出大小的主要因素.最后通过一个算例说明了 MMC 稳态功率运行范围的确定 与校验过程. 关键词:模块化多电平换流器;

稳态功率运行范围;

相量图;

内部电动势;

额定运行点 收稿日期:

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1 4 G

0 3 G

2 5;

修回日期:

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1 4 G

0 7 G

2 1.

0 引言 基于模块化多电平换流器( m o d u l a rm u l t i l e v e l c o n v e r t e r , MMC) 的柔性直流输电系统, 是未来直流 输电技术的发展方向[

1 ] .MMC 由多个结构相同的 子模块( s u b ? m o d u l e , S M) 级联构成.由于 MMC拓 扑桥臂子模块中的绝缘栅双极型晶体管( I G B T) 并 不需要在同一时刻一起导通, 而是随着正弦波的变 化依次导通以构成正弦电压波形, 因此不需要采用 基于I G B T 直接串联而构成的阀, 从而大大降低了 设备制造商进入柔性直流输电领域的技术门槛[ 2] . 此外, MMC技术还具有开关损耗低[

3 ] 、 输出电压谐 波含量低等一系列优点[

4 ?

6 ] .目前已投运的 MMC 型高压直流输电( MMC ? HV D C) 工程主要有美国旧 金山的 T r a n sB a yC a b l e工程、 中国的上海南汇和广 东南澳岛风电场柔性直流输电工程. 目前已公开的大量研究成果主要集中在换流器 的建模[

7 ?

8 ] 、 正常运行和故障情况下的控制策略[

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2 0] 等方面, 对换流器的功率运行范围等系统接入层面 的研究并不多见.文献[

2 1 ] 用图示法( 功率圆法) 分 析了交流电网强度对 MMC ? HV D C 系统稳态特性 的影响, 指出功率圆的大小和相对位置可以反映交 流系统的强弱.文献[

2 2 ] 虽然给出了 MMC的功率 运行范围和限制因素, 但并没有具体计算过程, 也没 有说明电压、 电流等限制因素是如何影响换流器的 功率输送能力的. 确定 换流器的稳态功率运行范围, 是进行MMC ? HV D C 系统设计和电气设计的重要基础. 它直接决定换流器的运行特性和主电路参数设计的 合理性.换流器的输出功率范围受到哪些电气参数 和变量的限制, 这些量之间又是如何相互制约和影 响的, 是换流器一次设计工作中需要重点解决的问 题. 本文从换流器系统设计的角度出发, 首先讨论 了MMC 额定运行点的选取方法, 进而确定了换流 变压器二次侧额定电压等参数.在此基础上, 建立 了功率运行图( P ? Q 图) 与电气相量图间的映射关 系.从映射关系中可以直观地看出, MMC 内部电 动势的幅值大小将直接影响换流器的无功输出能 力.随后分析了内部电动势幅值和相角的可行范 围, 并以此为根据, 对预先设计的换流器功率运行范 围进行了校验.最后通过一个算例, 验证了上述功 率运行范围的确定和校验过程.