MMC型HVDC輸電系統子模塊的設計

摘要：從系統結構、直流電容參數選取、IGBT元件選取和熱計算、熱設計等方面詳細介紹了模塊化多電平換流器(MMC)高壓直流(HVDC)輸電系統子模塊(sM)的設計，介紹了SM技術設計基本架構、關鍵元器件參數計算方法和模塊設計思路，通過試驗驗證了所述設計方法的正確性和可靠性。
關鍵詞：高壓直流輸電；多電平換流器；子模塊設計

1 引言
基于電壓源換流器的HVDC輸電技術具有有功無功獨立控制，能向無源網絡供電且適用于可再生能源并網、城市電網供電、異步交流電網互聯等優點。MMC通過標準化、模塊化SM串聯構成換流閥，易于系統擴展，多電平拓撲結構使系統諧波含量小，開關損耗低，適用于STATCO M、HVDC輸電、高壓變頻器等應用場合。
這里從MMC型HVDC輸電系統SM技術設計入手，詳細介紹了SM的系統架構、主電路參數選擇、熱設計和SM試驗驗證方法等，為SM的工程技術實現提供參考。

2 MMC型HVDC系統拓撲結構
MMC的系統組成及電路結構如圖1所示，由6個橋臂組成，每個橋臂由多個相同的SM和一個換流電抗串聯而成，從而構成上下對稱的換流結構。為保證總直流電壓穩定，每相中處于投入狀態的SM數必須維持在n個，通過改變這n個SM在該相上、下橋臂間的分配關系，得到期望的交流相電壓輸出。

其中1個SM的主電路結構如圖2所示。SM上部IGBT開通，下部IGBT關斷時，SM電容被接入橋臂，SM投入；SM下部IGBT開通，上部IGBT關斷時，SM電容從橋臂切除，SM輸出電壓為零，SM退出。通過開關狀態的切換，可實現對SM輸出電壓的控制。快速旁路開關KM，用來快速切除SM故障時的故障SM，從而使換流器能工作于降壓運行狀態而不會造成斷電。晶閘管V3用于在系統發生直流側短路故障時，在交流側斷路器斷開前分流IGBT模塊反并聯二極管的電流，降低二極管損壞的機率，提高系統可靠性。