基于模塊化多電平變換器的單相低頻輸電方法

歐朱建, 王廣柱

(電網智能化調度與控制教育部重點實驗室(山東大學)， 山東省濟南市 250061)

0 引言

中國學者王錫凡于1994年提出了三相低頻(LFAC)輸電方法[1]，并相繼對其基礎原理、可行性、仿真及實驗平臺搭建等方面做了相關研究[2-4]。近年來，LFAC在國內外受到了廣泛的關注，其中一個典型的應用為遠距離海上風電并網[4-13]。由于輸電頻率下降，LFAC在輸電容量和輸電距離上均比傳統高壓交流(HVAC)輸電更為優越[1-6]。由于LFAC僅有一個岸上換流站，其換流站的投資和維護均優于高壓直流(HVDC)[6,10-11]系統。此外，LFAC還可解決HVDC輸電中固有的問題，如直流電纜空間電荷積累問題[14]以及直流斷路器的研制問題[15]。模塊化多電平矩陣變換器(modular multilevel matrix converter,MMMC)通過級聯結構，可將低耐壓等級的功率器件用于中/高壓大功率場合，且具備輸入/輸出諧波含量低、模塊化設計、可靠性高、兩側功率因數可控等優點[12-13]，將MMMC用于LFAC可進一步克服采用傳統晶閘管相控變頻器所帶來的動態響應慢、諧波含量高、功率因數低、對無功控制不能獨立于對有功功率的控制、需配置換流變壓器等缺點[12-13]。然而，LFAC也存在以下不足：①低頻頻率范圍受限[16]；②需要三條輸電線纜，且其輸電密度小于HVDC。

文獻[17-20]基于模塊化多電平變換器提出一種交改直輸電方案。該方案將傳統三相交流輸電改為三相直流輸電，可大幅度提高系統的輸電能力。其中，調制極采用分時段變極性輸電，可視為一種低頻輸電方式[20]，且該輸電方式可解除對低頻頻率的限制。

本文進一步探索低頻輸電技術用于單相輸電領域的可行性，并基于全橋模塊的模塊化多電平變換器(FMMC)提出一種單相低頻(SLFAC)輸電技術。……