模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析.pdf

高电压技术第36卷第2期2010年2月28日
HighVoltageEngineering,Vol.36,No.2,Feb.28,2010547

模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析

屠卿瑞,徐政,郑翔,管敏渊
(浙江大学电气工程学院,杭州310027)

摘要:模块化多电平换流器型直流输电(MMCHVDC)是新一代多电平电压源换流器直流输电拓扑,它利用多
个子模块串联,并采用特定的触发方式使桥臂电压波形逼近正弦,但其三相间的内部环流使得流过桥臂的正弦电
流产生畸变,增大了桥臂电流的峰值,从而提高了对开关器件电流容量的要求。为研究桥臂环流的计算方法,通过
瞬时能量平衡关系,分析了MMC内部环流的产生机理,指出其为2倍基波频率,且为负序性质,并进一步推导了
环流大小的解析表达式,为选择桥臂串联电抗器,抑制环流提供了依据。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了21电
平MMCHVDC双端系统模型,并采用了子模块电压均衡控制方法,仿真结果验证了该模型的有效性和环流计算
公式的准确性。
关键词:模块化多电平换流器;直流输电;环流;2倍频;负序;电压均衡
中图分类号:TM文献标志码:A文章编号:10036520(2010)02054706

MechanismAnalysisontheCirculatingCurrentinModularMultilevel
ConverterBasedHVDC

TUQingrui,XUZheng,ZHENGXiang,GUANMinyuan
(DepartmentofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

Abstract:ModularmultilevelconverterbasedHVDC(MMCHVDC)isanewgenerationofVSCHVDCtopology
proposedbySiemens.Severalsubmodulesandspecificmodulationareappliedinasinewaveformofarmvoltage.
Duetothediscrepancyofthreephasearmvoltage,circulatingcurrentappearsamongthethree-phaseunit.The
circulatingcurrentdistortsthesinearmcurrentandincreasesitspeakvalue,sotherequirementsofcurrentrating
increase.Basedontheconservationofenergy,weanalyzedthemechanismofcirculatingcurrent,indicatingthatitis
anegativesequenced,frequencydoubledcurrent.Furthermore,theanalyticalexpressionofcirculatingcurrentwas
derived.Sothebasisforselectingseriesreactortodampthecirculatingcurrentwasprovided.ThemodelofMMC
HVDCwith21voltage-levelswasrealizedbyPSCAD/EMTDC.Simulationresultsshowacloseagreementwith
thecalculationresultsofcirculatingcurrents.
Keywords:modularmultilevelconverter;HVDC;circulatingcurrent;doublefreqency;negativesequence;voltage
balancing

接电抗上产生过高的电压变化率,同时也会带来较
0引言
大的电磁干扰[6,7]。另外,多个串联IGBT之间的均
近年来,高压大功率全控型电力电子器件(IG压技术,特别是动态均压问题也是工程实践中的难
BT,IGCT)发展迅速,使得基于电压源换流器的高点。
压直流输电系统(VSCHVDC)越来越得到工业界为此,西门子公司首先提出采用多个子模块串
的青睐。由于它采用了自关断器件和脉宽调制联的模块化多电平换流器(modularmultilevelcon
(PWM)技术,可以使换流器在4象限运行,同时对verter,MMC)。国外在MMC方面的研究起步较
有功和无功进行独立快速的控制[13],因此特别适合早[8,9],并用于牵引电力机车等AC/AC变换的领