冗余模塊耗盡后模塊化多電平換流器的運(yùn)行分析

張楠，周月賓，楊柳，曹琬鈺

(1.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣州 510663；2. 直流輸電技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南方電網(wǎng)科學(xué)研究院)，廣州 510663)

0 引言

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter, MMC)在各方面具有優(yōu)越的特性[1 - 3]，已經(jīng)在柔性直流輸電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，并成為影響未來電網(wǎng)發(fā)展格局的關(guān)鍵技術(shù)[4 - 7]。MMC的橋臂由多個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成。為了提高工程的運(yùn)行可靠性，在每個(gè)橋臂中額定子模塊數(shù)量的基礎(chǔ)上，均會(huì)再配置一定數(shù)量的冗余子模塊，在某些子模塊發(fā)生故障時(shí)，通過模塊輸出端口設(shè)置的旁路開關(guān)快速將其隔離，維持換流器繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

冗余子模塊數(shù)量通常按照一定比例設(shè)置[8 - 13]。當(dāng)某一橋臂被旁路的子模塊數(shù)量超過設(shè)計(jì)的冗余數(shù)時(shí)，在目前的方式下MMC會(huì)立刻停運(yùn)，檢修更換子模塊。在送電高峰時(shí)期，這會(huì)造成直流系統(tǒng)停運(yùn)較長(zhǎng)時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于海上風(fēng)電送出柔性直流工程來說，海上換流站的檢修維護(hù)將更加困難，系統(tǒng)停運(yùn)造成的功率損失更大。實(shí)際應(yīng)用中，為了盡可能地保障直流系統(tǒng)的能量可用率，一般配置約5%～8%冗余子模塊數(shù)量，同時(shí)配備一定數(shù)量的備品備件，一般經(jīng)驗(yàn)值為3%，最大限度地防止冗余耗盡故障，以保障柔性直流換流閥的運(yùn)行可靠性，但是過多的子模塊冗余增加了設(shè)備投資。基于經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮，有必要針對(duì)冗余耗盡后MMC的運(yùn)行能力進(jìn)行研究。

對(duì)于常規(guī)直流輸電以及基于兩電平、三電平換流器的柔性直流輸電工程，在通過器件串聯(lián)組成的換流閥中，冗余的損失會(huì)增加剩余換流閥功率器件的電壓應(yīng)力，因此，冗余耗盡后需要停運(yùn)直流系統(tǒng)。……