模块化多电平换流器直流输电系统损耗的计算方法及其损耗特性分析

为了实现柔性输电工程的系统效率评估计算和换流器散热设计,模块化多电平换流器(MMC)的损耗计算非常重要。为此提出了一种MMC损耗的数字计算方法,通过在数字计算程序中复现出一个工频周期内各开关器件脉冲波形和各开关器件的电压波形和电流波形,并根据器件的关键参数得到各开关器件的损耗。利用所提方法可设计专门的计算程序,对基于MMC的柔性直流输电系统在全运行工况的损耗进行了详细的分析计算,并分析了各器件的损耗特性及其差异,以及开关频率和2倍频环流对换流器损耗的影响。     

不同结构电压源换流器损耗对比分析

IGBT直接串联两电平电压源换流器（2Level-VSC）和模块化多电平换流器（MMC）是目前比较主流的两种柔性直流输电换流器结构,其外特性相似,但损耗特性不同,从而影响两种换流器的经济性和适用场合。基于器件厂商提供的器件特性参数,提出了适用于两种换流器的损耗计算模型。在分析典型调制方式下两种换流器中各器件的工作状态的基础上,详细分析了两者的损耗计算方法,最后通过算例对2Level-VSC和MMC的损耗特性进行了定量的对比分析,结果表明相同工况下两种换流器的损耗特性不同,且各工况下MMC的损耗率低于两电平换流器。     

与换流器控制方式解耦损耗分析方法研究

模块化多电平换流器(MMC)避免了器件直接串联,大幅降低了器件开关频率,成为柔性直流输电和基于全控器件的新型高压FACTS装置采用的最主要拓扑。MMC换流器因其制控制方式多采用最近电平逼近方式,其开关规律难以准确表达,导致其损耗分析困难。在此提出一种损耗分析方法,该方法综合考虑影响损耗各因素,绘制了损耗随各因素变化总表,与仿真计算相结合,通过查表来计算MMC损耗,既实现了MMC损耗分析与控制方式解耦,又满足了仿真对算法快速性要求。结合算例,对该方法对MMC损耗特性进行了计算,并给出相应的分析。     

柔性直流输电系统换流器损耗与电压等级的关系研究

柔性直流输电一般采用模块化多电平换流器（MMC）,换流器损耗是衡量柔性直流输电系统的重要指标之一。推导了MMC子模块的通态损耗解析表达式、开关损耗解析表达式。从表达式可以看出,换流器损耗不仅与MMC子模块数量有关,还与柔性直流输电系统的容量、电压等级有关。详细分析了柔性直流输电系统容量与电压等级对换流器损耗的影响规律,得出了保证损耗最低的换流器输电电压等级的选取方式。仿真算例表明,采用所提方法确定的电压等级可以保证MMC换流器具有更低的损耗。     

适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的电路拓扑损耗特性研究

电网异步互联和可再生能源装机容量增加的现实需求,推动柔性直流输电系统已经达到3000MW的级别。当前,受功率半导体器件发展水平所限,需要设计组合式模块化多电平换流器(MMC)拓扑实现柔性直流输电系统的扩容。但是,不同组合方式下系统参数设计以及所适用IGBT器件类型差异很大,这对多变量下的组合式换流器损耗特性研究提出了挑战。本文首先提出了一种单台MMC的损耗计算方法,然后推导了组合式MMC的损耗计算解析表达式。在此基础上,对比分析了采用4500V/1500A和4500V/3000A IGBT器件的情况下,四种适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的组合式MMC拓扑损耗特性。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,四种拓扑中并联式MMC拓扑的损耗最小,验证了损耗特性分析的正确性。     

高压直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)的宽频耦合阻抗模型北大核心CSCD

近年来,随着基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术的推广应用,相关的宽频振荡问题时有发生并引起广泛关注。针对曾发生高频振荡的鲁西柔性直流输电系统,基于实际MMC的控制参数,推导了鲁西柔性直流换流器的宽频阻抗理论模型。该模型反映了各控制回路的动态特性及其对阻抗特性的影响,并体现宽频上的频率耦合特性。建立了鲁西柔性直流输电系统的电磁暂态模型,并采用扰动辨识法获得了MMC的阻抗-频率曲线,与理论模型的对比分析验证了两者在数赫兹到2000Hz宽泛频率上的一致性。     

柔性直流换流器拓扑方案研究

对于柔性直流工程,分别采用两电平换流器、三电平换流器、MMC换流器方案等进行了初步设计。对不同方案的功率器件最小级联数进行计算,并对各方案的主要性能,比如:交流谐波、直流谐波、损耗特性、冗余特性、器件数量、技术风险等方面进行分析比较,推荐优先采用MMC换流器方案。     

高压直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)的宽频耦合阻抗模型

近年来,随着基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术的推广应用,相关的宽频振荡问题时有发生并引起广泛关注。针对曾发生高频振荡的鲁西柔性直流输电系统,基于实际MMC的控制参数,推导了鲁西柔性直流换流器的宽频阻抗理论模型。该模型反映了各控制回路的动态特性及其对阻抗特性的影响,并体现宽频上的频率耦合特性。建立了鲁西柔性直流输电系统的电磁暂态模型,并采用扰动辨识法获得了MMC的阻抗-频率曲线,与理论模型的对比分析验证了两者在数赫兹到2 000 Hz宽泛频率上的一致性。     

海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗研究

海上风电柔性直流送出是目前柔性直流输电领域的研究热点,损耗是柔性直流换流站的一个重要技术指标,关系着柔性直流系统的输电效率和换流阀的设计。针对输电容量为1000 MW的海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗特性,研究了换流阀损耗的计算方法和关键计算参数的获取方法,计算得到了换流阀损耗的组成和±320 kV/1000 MW海上风电柔性直流送出工程送/受端换流站换流阀的损耗率。同时,研究了联接变压器阀侧三次谐波注入、换流器调制比和直流极线电压对换流阀损耗率的影响,结果表明:在联接变压器阀侧注入三次谐波和增大换流器调制比可减小换流阀损耗率;在相同输送容量的前提下,增大直流极线电压可减小换流阀损耗率。     

多端柔性直流输电系统主接线方案的应用分析

本文主要介绍了柔性直流输电的特点以及目前世界上柔性直流输电工程的应用现状,并结合世界上首个五端柔性直流输电工程—舟山多端柔性直流输电示范工程的实际特点,从工程应用可行性、经济性的角度对基于MMC换流器技术原理的多端柔性直流输电系统的主接线结构进行了分析,给出了基于MMC换流器技术原理的多端柔性直流输电系统主接线方案并指出了该型方案在应用中可能面临的问题及相应的解决措施,可为今后多端柔性直流输电工程的应用设计提供参考。     

模块化多电平换流器子模块电流分配关系分析

对适用于柔性直流输电的模块化多电平换流器(MMC)桥臂电流在子模块(SM)内部功率电路中的分配关系进行数学分析,提出SM平均状态方法,建立SM平均开关模型,推导出SM内部平均状态电流的数学解析表达式,得出SM离散电流的主要谐波成分及幅值,并进一步分析了换流器分别在有功和无功运行工况下SM电流的分配关系。试验结果表明,以上分析方法准确可行,该方法可有效应用于MMC柔性直流输电换流器阀SM的器件选型、损耗计算及热设计的理论指导。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统,可对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流器阀的导通、关断和有关电流特性的检验.详细介绍了基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统的主回路和控制系统设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的基于MMC柔性直流输电换流阀试验系统的正确性和实用性.     

全桥型MMC充电特性分析及软启动优化策略

全桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),具有可输出负电平、提高直流电压利用率、具有直流故障闭锁能力等优点,可适用于基于架空线路的高压大容量柔性直流输电系统。基于全桥型MMC运行机理,深入分析了全桥MMC在有源充电、无源充电两种启动方式下充电特性,并给出可供选择的软启动策略。通过理论和仿真对比分析换流器在2种充电方式下各不同策略的软启动性能,给出了最合适的软启动策略,为适用于架空线路的高压大容量柔性直流输电换流器的工程设计及应用奠定了理论基础。     

多端柔性直流输电系统谐波特性及交互机理分析

为分析基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的谐波特性及交互机理,首先引入平均开关函数的概念,建立了MMC详细时域模型,忽略内部动态特性得到MMC简化模型,从而得到MMC-MTDC的等值电路以及各换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波的传递函数。随后,定义MMC交流侧电流和直流侧电压电流的各阶动态相量为状态变量,将MMC时域模型转化为序分量动态相量谐波分析模型,得到MMC特征谐波分布特性及交直流侧谐波传递机理。通过描绘换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波传递函数的频率特性曲线,分析了MMC-MTDC的谐振特性以及谐波在不同换流器间的交互机理。最后,在MATLAB/Simulink中的仿真验证了谐波特性及交互机理分析的正确性,分析结果可为谐波抑制策略的提出提供理论支撑。     

多端MMC直流输电系统的优化设计方案及比较

模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输电领域中具有广阔应用前景的换流器拓扑。在交流侧电压相对较低时,可以通过对换流器子模块数量的优化设计,降低所需的级联子模块数目,并可以使换流器直接接入较低电压等级的交流电网。这种优化设计方法也为柔性直流输电系统的工程方案设计提供了多种选择。文中结合±160kV/200MW的三端柔性直流输电示范工程,给出了多种系统的工程设计方案,并对各种方案的特性和主要参数进行了分析比较,提出了实际工程中MMC优化方案的设计选择原则。     

柔性直流输电系统损耗计算方法及其实测分析

开展针对基于模块化多电平换流器的高压直流（modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC）输电系统的损耗研究,对高压直流输电系统的设计与优化具有重要意义。提出一种基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统损耗计算的实用方法。首先,根据MMC-HVDC输电系统的拓扑结构和器件参数建立MMC-HVDC输电系统及其各个器件的损耗计算模型,并通过仿真计算精确求解MMC-HVDC输电系统及其器件不同运行工况的损耗系列数据;然后再利用数据拟合的方法得到便于工程应用的损耗计算公式;最后,针对厦门柔性直流输电系统工程,采用本文方法求得损耗计算公式,并与实测结果进行了对比分析。分析表明,利用该损耗拟合公式计算和评估MMC-HVDC输电系统的损耗可满足工程精度要求。     

基于RT-LAB的MMC换流器HVDC输电系统实时仿真

基于RT-LAB实时仿真平台,研究了实时仿真技术在基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(HVDC)中的应用。建立了基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真模型,并将RT-LAB的实时仿真结果与PSCAD/EMTDC的离线仿真结果进行了对比验证。两种仿真结果在暂态和稳态下都比较一致,这说明通过RT-LAB可以得到MMC高压直流输电系统的正确仿真结果。还对两种仿真方法的仿真时间进行了对比,说明通过RT-LAB的实时仿真可以大幅度提高对MMC换流器的仿真效率。研究结果为采用RT-LAB平台对柔性直流输电系统等大规模电力电子装置实时仿真研究应用提供了参考。     

“基于MMC的柔性输电技术”专题征稿启事

<正>模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)技术的出现,大大降低了电压源换流器的制造难度和损耗,为电网一次系统的柔性化铺平了道路。目前,MMC技术已应用于柔性直流输电和柔性交流输电,我国已建成或正在建设的基于MMC的柔性输电工程包括两端(含背靠背)和多端柔性直流输电系统、大容量静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)以及统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)等。可以预见,柔性输电技术将应用于     

基于面积等效法的模块化多电平换流器损耗分析

基于模块化多电平换流器的直流输电(modularmultilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)阀的损耗研究目前还没有。由于MMC阀拓扑的特殊性,传统晶闸管和绝缘栅双极晶体管串联阀换流器的损耗计算方法均不能直接应用,文章结合其子模块特有的半导体器件的开关特性,分析了MMC子模块投入和切除的具体物理过程;结合换流器拓扑结构和面积等效调制算法,推导了典型工况下MMC阀的损耗与阀电压、电流、调制算法的关系,为MMC-HVDC输电系统的降损设计提供了依据。     

基于MMC的柔性直流输电阀基控制器及其动模试验

介绍了模块化多电平换流器(MMC)及其应用于柔性直流输电的基本原理,指出了基于MMC的柔性直流输电阀基控制器与传统阀基电子设备的区别,并对其功能和特点进行了研究。搭建了49电平动模试验平台并进行了功能验证,以期为柔性直流输电的研究提供参考。