刘 隽,贺之渊,何维国,包海龙,季兰兰

(1.上海市电力公司技术与发展中心,上海 200025;2.中国电力科学研究院,北京 100192)

传统的基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)工程采用的低电平电压转换器(VSC)具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器和变压器等缺点,并存在串联器件的动态均压等难题,多电平变流器通过电压叠加输出高电压,并且输出电压谐波含量少,无需滤波器和变压器,为了克服上述问题,提供了一种新的方案。2001年德国学者提出模块化多电平变 流器 (Modular M ulti-level Converter, MMC)概念,这种模块化结构具有较强的可扩展性,容易实现冗余控制,并且可提供一个公共直流侧,更易实现背靠背连接方式,十分适用于VSC -HVDC输电系统中[1-5]。

1 MMC柔性直流输电技术的工作原理

图1为模块化多电平VSC子模块及主电路拓扑结构示意。图1中P点表示VSC正直流母线,N点表示VSC负直流母线,o点表示VSC假想的直流侧中性点。

图1 模块化多电平拓扑结构示意

VSC直流电压为U dc,故P点相对于o点的电压u Po为+U dc/2;N点相对于o点的电压u No为-U dc/2。u a i,u b i,u c i(i=u,l)分别表示VSC每相上、下半桥臂的电压,则可得:

式中:uao,ubo与uco分别表示VSC各相交流输出端相对于直流侧假想中性点“o”的电压。

只要对VSC各相半桥臂电压u a i,u b i和u c i (i=u,l)依照式(1)限定的那样去施加,则在VSC的输出端便能得到所期望的直流电压U d c与交流电压u ao,u bo和u co。由式(1)可得出:

由式(2)可知,VSC的三个桥臂具有相同的电压Udc,又由于VSC具有严格的对称性,3个桥臂具有相同的阻抗,因此直流电流I dc将在3个桥臂间均分,每个桥臂的直流电流为I dc/3,如图1中的粗虚线所示。……