MMC型HVDC輸電系統(tǒng)子模塊的設(shè)計(jì)

摘要：從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、直流電容參數(shù)選取、IGBT元件選取和熱計(jì)算、熱設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)介紹了模塊化多電平換流器(MMC)高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)子模塊(sM)的設(shè)計(jì)，介紹了SM技術(shù)設(shè)計(jì)基本架構(gòu)、關(guān)鍵元器件參數(shù)計(jì)算方法和模塊設(shè)計(jì)思路，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了所述設(shè)計(jì)方法的正確性和可靠性。
關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；多電平換流器；子模塊設(shè)計(jì)

1 引言
基于電壓源換流器的HVDC輸電技術(shù)具有有功無(wú)功獨(dú)立控制，能向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電且適用于可再生能源并網(wǎng)、城市電網(wǎng)供電、異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)。MMC通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化SM串聯(lián)構(gòu)成換流閥，易于系統(tǒng)擴(kuò)展，多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使系統(tǒng)諧波含量小，開(kāi)關(guān)損耗低，適用于STATCO M、HVDC輸電、高壓變頻器等應(yīng)用場(chǎng)合。
這里從MMC型HVDC輸電系統(tǒng)SM技術(shù)設(shè)計(jì)入手，詳細(xì)介紹了SM的系統(tǒng)架構(gòu)、主電路參數(shù)選擇、熱設(shè)計(jì)和SM試驗(yàn)驗(yàn)證方法等，為SM的工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供參考。

2 MMC型HVDC系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
MMC的系統(tǒng)組成及電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，由6個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂由多個(gè)相同的SM和一個(gè)換流電抗串聯(lián)而成，從而構(gòu)成上下對(duì)稱的換流結(jié)構(gòu)。為保證總直流電壓穩(wěn)定，每相中處于投入狀態(tài)的SM數(shù)必須維持在n個(gè)，通過(guò)改變這n個(gè)SM在該相上、下橋臂間的分配關(guān)系，得到期望的交流相電壓輸出。

其中1個(gè)SM的主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。SM上部IGBT開(kāi)通，下部IGBT關(guān)斷時(shí)，SM電容被接入橋臂，SM投入；SM下部IGBT開(kāi)通，上部IGBT關(guān)斷時(shí)，SM電容從橋臂切除，SM輸出電壓為零，SM退出。通過(guò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的切換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)SM輸出電壓的控制。快速旁路開(kāi)關(guān)KM，用來(lái)快速切除SM故障時(shí)的故障SM，從而使換流器能工作于降壓運(yùn)行狀態(tài)而不會(huì)造成斷電。晶閘管V3用于在系統(tǒng)發(fā)生直流側(cè)短路故障時(shí)，在交流側(cè)斷路器斷開(kāi)前分流IGBT模塊反并聯(lián)二極管的電流，降低二極管損壞的機(jī)率，提高系統(tǒng)可靠性。