PDF《模块化多电平换流器稳态功率运行范围的确定方法》

2 内部电动势E 的可行范围 当换流器输出的无功功率发生变化时, 换流器 的内部电动势幅值 E 也会发生变化.当换流器向 交流系统注入较多无功功率时, 要求内部电动势的 幅值较大, 而在实际工程中, E ? 的幅值会受到直流电 压和 MMC内部不平衡压降的限制.反之, 当换流 器吸收较多无功功率时, 则需要E ? 的幅值较小.这 会使桥臂上用于构成交流电压波形的子模块个数下 降, 有可能导致输出电压的谐波含量增大.此外, 当MMC在四象限运行时, E ? 的幅值和相角也会受到 变压器最大允许电流的限制.为此, 首先需要确定

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1 2

0 1 5,

3 9 (

1 0 ) ?研制与开发? h t t p : / / ww w. a e p s G i n f o . c o m E ? 的可行范围, 即幅值E 的范围和相角α 的范围. 2.

1 幅值E 的范围

1 ) 幅值E 的最大值 受正负极直流电压的限制, 内部电动势的峰值 一般取直流电压的一半.虽然电容电压的波动和内 部不平衡压降的存在, 可能会使内部电动势的幅值 范围更大, 但从换流器稳态输出范围的角度出发, 不 应考虑电容电压波动和内部不平衡压降对内部电动 势幅值的影响.因此, 线电压有效值的最大值为: Em a x =

3 2 Ud c

2 km a x (

1 5 ) 式中: Ud c为直流电压;

km a x为电压调制比的最大值. 在式(

5 ) 至式( 7) 确定的基准值系统下, 也可以 得到相应的标幺值E? m a x.

2 ) 幅值E 的最小值 根据 MMC的拓扑结构, 桥臂电压up j 和un j 的 输出范围受到子模块个数与电容电压稳态值限制, 应满足: 0≤up j ≤ NUc (

1 6 ) 式中: N 为一个桥臂上的子模块总数;

Uc 为电容电 压稳态值.根据 MMC 的桥臂电压的控制律[ 8] , 上 桥臂电压可以表示为: up j = Ud c

2 -e j -ud i f f j (

1 7 ) 式中: ud i f f j为MMC的内部不平衡压降;

e j 为内部电 动势. 当不考虑内部不平衡压降的影响时, 上桥臂电 压up j的实际运行范围如图2所示.下桥臂的电压 与此类似.可见, 某个桥臂中用于构成交流电压波 形的有效子模块个数是以 N/ 2为中心, 幅值为e j / Uc= k( Ud c / 2) / Uc=k( N/ 2) 的正弦波.当内部电 动势幅值 E 较小时, 即MMC 的电压调制比很低时, 用于构成交流电压波的有效子模块个数将变得 很少( 极端情况下退化为二电平) , 从而会增加输出 电压波形中的谐波含量. 图2 up j 的实际运行范围 F i g .

2 O p e r a t i o nr a n g eo f up j 为保证 MMC输出电压的谐波含量在限制值以 内, 应对 内部电动势设定一个最小值Em i n.根据式(

1 ) 的定义, 当直流电压保持不变时, 也就是对电 压调制比设定一个下限值km i n.当采用最近电平逼 近控制时[

2 3 ] , 且假定采样频率足够大, 内部电动势 e j 的相电压总谐波畸变率( THD) 与电压调制比k 的关系如图3所示.不同簇曲线分别表示子模块个 数N取不同值时的 THD.图中假定 THD 的限定 值为不大于5%, 则可以根据该图求得相应的电压 调制比下限值km i n. 图3 不同子模块数下内部电动势e j 的THD与 电压调制比的关系 F i g .

3 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nT H Do f i n n e r e l e c t r o m o t i v e f o r c e e j a n dv o l t a g em o d u l a t i o ni n d e x w i t hd i f f e r e n t S Mn u m b e r s 可见, km i n与MMC的子模块个数 N 直接相关, 当子模块个数 N 较多时, 相应的电压质量较好, 在 一定 THD 限值时, km i n的值可以取得较小, 也意味 着内部电动势的幅值可以较低, MMC 可以从交流 系统吸收较多的无功功率.而当子模块个数 N 较 少时, 在一定 THD 限值下, km i n的值就较大. 在确 定了电压调制比的最小值km i n 后, 根据式(