采用電抗子模塊分段投切的模塊化多電平換流器降電容方法

李 鈺, 李 帥, 趙成勇, 許建中, 曹均正

(1. 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)), 北京市 102206; 2. 中電普瑞電力工程有限公司, 北京市 102200)

0 引言

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)擁有模塊化、可靠性高、開關(guān)頻率低、波形質(zhì)量高、制造難度低等優(yōu)勢(shì)[1-4],為柔性直流輸電技術(shù)提供了更廣闊的應(yīng)用空間。

作為傳統(tǒng)柔性直流輸電中采用的集中大電容的替代,MMC用分布于各個(gè)子模塊的小電容來(lái)支撐直流電壓,更易于制造。但在實(shí)際應(yīng)用中也產(chǎn)生了一系列問(wèn)題：由于分布電容之間的能量不均,進(jìn)而引發(fā)上下橋臂能量不均衡分布,使子模塊電容電壓波動(dòng)難以抑制,增加了換流器損耗,使交流側(cè)輸出電壓出現(xiàn)偏差,影響波形質(zhì)量。

電容器在整個(gè)換流站的占地面積和建造成本中占比很大。如果僅依靠提高電容器容值來(lái)降低電壓波動(dòng),會(huì)使其體積和成本大大增加,經(jīng)濟(jì)性較差。因此針對(duì)MMC探索新的方法來(lái)降低子模塊電容波動(dòng),對(duì)減小換流器占地面積和建設(shè)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于MMC電容電壓波動(dòng)的抑制方法,國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多有效的解決方案,目前主要分為控制方案和拓?fù)浞桨竷煞N。

從附加降容控制角度：文獻(xiàn)針對(duì)橋臂上存在的二倍頻環(huán)流分量,設(shè)計(jì)了環(huán)流抑制控制器,經(jīng)過(guò)二倍頻負(fù)序的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的比例—積分(PI)控制器,有效地抑制了二倍頻環(huán)流,但沒有抑制其他次數(shù)環(huán)流產(chǎn)生的電壓波動(dòng);文獻(xiàn)采用2次環(huán)流注入方法,通過(guò)離線最優(yōu)化計(jì)算得出電壓波動(dòng)最小時(shí)對(duì)應(yīng)的環(huán)流參考值幅值和相位;文獻(xiàn)在文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,同時(shí)注入2次和4次環(huán)流分量,通過(guò)遍歷的方法計(jì)算了各分量的最優(yōu)參考值,效果更好。……