为了有效减小电网换相高压直流输电(line-commutatedconverter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的换相失败概率,文中提出一种基于全桥晶闸管型耗能子模块的新型LCC换流器拓扑,可有效抑制暂态直流电流的增长,降低换相失败概率。文中给出子模块的不同工作模式,提出子模块与阀臂之间的协调控制策略及子模块参数的设计方法,分析耗能电阻的能耗及散热问题。最后在PSCAD中进行仿真分析,结果表明,所设计的控制参数是合理的,子模块电压电流应力均在合理范围内,电阻的能耗也可以满足要求;而且,所提新型LCC换流器拓扑可以有效抑制换相失败,并改善系统的暂态特性。
随着清洁能源的大规模开发,未来清洁能源基地的容量将普遍达到千兆瓦级及以上,这对柔直换流器容量提出更高要求。国家电网公司联合各换流阀厂家正在开展大容量柔性直流换流阀的研制,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件电流等级达到5 kA,并且采用IGBT并联,基于5 kA IGBT并联的柔直换流阀研制在世界范围内尚处于空白。通过研究攻克了5 kA IGBT并联子模块驱动设计、杂散电感优化、结构设计等多项关键技术,设计了基于5 kA IGBT器件并联的模块化多电平换流器(MMC)子模块,并对子模块开展了双脉冲、连续运行和过负荷试验,验证了5 kA IGBT并联子模块运行可靠性。
介绍了模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的拓扑结构与工作原理,提出一种基于电压向量合成的模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multi-level converter based high voltage direct current,MMCHVDC)控制方法。传统的模块化多电平换流器控制方法子模块投切频率高,相应的开关损耗也高。设计的电压向量合成控制法可以实现子模块工频开关投切,极大地降低了模块开关损耗。同时还针对该控制方法设计了模块均压控制策略和换流器闭环控制系统,在模块工频投切的同时模块电压也能得到良好的均压控制。仿真结果表明所设计的控制系统模块开关频率低,电压波动范围小,实现了功率的闭环控制,具备很好的理论研究价值和工程应用价值。
