【2017年整理】一种模块化多电平换流器数学模型的建立方法.docVIP

第 30 卷第 2 期 2013 年 4 月 文章编号：1005-0523（2013）02-0037-05 华东交通大学学报 Journal of East China Jiaotong University Vol. 30 No. 2 Apr.，2013 一种模块化多电平换流器数学模型的建立方法 李云丰，宋平岗，王立娜， 杰卢 （华东交通大学电气与电子工程学院，江西 南昌 330013） 摘要：模块化多电平换流器是一种新型的高压直流输电拓扑结构，它有着两电平电压源型拓扑结构不可比拟的优点，引起了 国内外学术界和工业界的高度重视。模块化多电平换流器正确的数学模型能够很好的反映系统运行时的特性，为系统故障 保护、优化控制以及参数的设计将提供强大的理论保障。深入研究了模块化多电平换流器的基本原理，建立了相应数学模 型，推导出了电容电压，上下桥臂电流，相间环流的时域解析表达式。 关键词：模块化多电平换流器；高压直流输电；二倍频负序；桥臂电流；环流 中图分类号： TM464 文献标志码： A 的应用［1-5］。模块化多电平换流器 （modular multilevel converter，MMC） 是新一代的高压直流输电的拓扑结 构， 由德国慕尼黑联邦国防军大学的 R Marquart 和 A Lesnicar［6-7］在 2002 年首次提出的。西门子成为世界上 第一个成功应用这个拓扑结构的公司， 并将其命名为 HVDC Plus［8］。我国将该技术统一命名为 “柔性直流 ［ 输电”对应英文为HVDC Flexible， ，上海南汇风电场的MMC-HVDC示范性工程正是采用这种拓扑结构 9-10］。 目前为止，基于两电平电压源型的高压直流输电 （high voltage direct current，HVDC） 在国外得到了很好 传统基于电网换流方式的高压直流输电 （LCC-HVDC）有难以克服的弱点，比如受端必 需是有源网络、不能实现有功功率和无功功率 的独立控制，因此需要补偿大量无功、谐波含 量高，需要体积庞大的滤波装置等［11-12］。基于 电压源 （voltage source converter，VSC） 两电平或 三电平的 HVDC， 存在着大量器件的串联，器件 的动态均压和静态均压问题成为制约这种技 术应用的瓶颈， LCC-HVDC 一样， 与它同样需 面积［1-2，13］。然而， 基于 MMC-HVDC 将会很好 14-15］遍关注［2， 。本文在文献［3］的基础上，根据 要体积庞大的滤波装置，增大了换流站的占地 的解决传统 LCC-HVDC 和两电平 VSC-HVDC 自身存在的弱点，因此受到了国内外学术界普 阶梯波调制，合理地假设当模块数量足够多时 投入的模块为连续变化量，建立了相应数学模 收稿日期：2013-02-22 基金项目：江西省研究生创新专项基金(YC2012-S076) 作者简介：李云丰（1988－） 男，， 硕士研究生，研究方向为高压直流输电。 图 1 MMC 的基本拓扑结构 Fig.1 Basic topology of MMC 38 华东交通大学学报 2013 年 型，推导出了电容电压，桥臂电流，相间环流的时域解析表达式。 1 MMC 运行的基本原理 图 1 为 MMC 的基本结构图 （只画出一相） 每相由上桥臂和下桥臂构成，，每个桥臂由一系列子模块 Ru（sub-module， 和限流电感 L s 串联而成， eq 为桥臂损耗等效电阻。 SMi (i = 122N) 为子模块； d SM） iiiii为直流侧电压； d 为直流侧电流瞬时值；SM 为子模块输出电流； ap ， an 分别是 a 相上下桥电流， cira 为 a uD1 D2T1 T2Cu相环流； SM 为子模块输出电压； ， 为功率二极管； ， 为功率开关管； 为模块电容； c 为子模 块电容电压。图 1 右上图是每个子模块的基本结构， 分析子模块的工作特性可以知道， 当上功率管 T1 开 通， 下功率管 T2 关断时， 子模块投入工作； 当上功率管 T1 关断，下功率管 T2 开通时， 子模块被切除。 2 MMC 的数学模型 ìS ji = 1子模块投入