多电平注入式电压源变换器应用于高压直流输电系统研究

换 器 （ ＶＲ— — Ｃ） 成 的高 压 直流 传输 系统 模 型如 图 ２ ＭＬ ＨＢ ＶＳ 构 ：
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图 ２ ＭＬ — Ｃ高压直 流输 电连接 的模型 ＶＲ ＶＳ
常 规 多 电平 Ａ Ｄ Ｃ／ Ｃ变 流 器 的拓 朴结 构 复 杂 度 随 级 数 成 平 方 律 而 增 加 。 及 对 有 功 以 功 率 控 制 限 制 了 它 们 在 输 电系 统 中 的应 用 ． 文 介 绍 了 一 种 新 型 的 多 电平 注入 式 本 Ａ Ｄ 变 换 技 术 ， 对采 用该 技 术 的 ＡＣ Ｄ 变 换 器 用 于 大 功 率 ＨＶＤ 系 统 的 应 Ｃ／ Ｃ 并 ／Ｃ Ｃ 用 进 行 了仿 真 研 究 ． 真 结 果 表 明 ， 变 换 器 可 产 生 高 质 量 的 波 形 ， 于 高 压 大 功 仿 该 易
多 电 平 注 人 式 电 压 源 变 换 器 应 用 于 压 直 流 输 电 系 统 研 究 同
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口
罗振 鹏 ， 张 娟 ， 永和 刘
（ 内蒙古工业大学信息工程学院 ， 呼和浩特 ０ ０ ５ ） １ ０ １
摘要 ： 采用强迫关断开关元件的Ａ ／ Ｃ变换器使高压直流输 电（ Ｖ Ｃ 和柔性 ＣＤ Ｈ Ｄ）
老 化．
１ 多 电平 注入 式 电压 源 变 换 器 的拓 扑 结构 和 功 率 之 间 的关 系
多 电平 Ｈ 桥 链 注 入 式 电 压源 变 换 器 （ ＶＲ ＨＢ ＶＳ ） 过 控 制 电源 和变 换 器输 出 电压的 相角 差 ＭＬ — — Ｃ 通 能够 控制 有功 功率 和 无功 功率 ． 有功 主要 是通 过 控制 变换 器 输 出 电压 相 位 来调 节 ， 无功 是通 过控制 直 而 流 电压实 现． 为了推 导连 接 的 两个 系 统运 行 时功率 和 电压 的关 系 ， 化 的多 电平 Ｈ 桥链 注入 式 电压源 变 简
功 率 传输 中 ， 了维 持交 流 电压和 直 流 电压在稳 定 的 区域 内 ， 须 提供 适 当 的无 功 功率 ． 为 必 变换 器能
够 提供给 发送 端或 接 受 端交 流 系统 所需 要 的无 功功 率 ， 目的 使从 发送 端到 接 收端 有较 小 的功率 损 失 ， 因 此在传 输一 定的 有功 功率 时 提供 可 控 的无 功功率 是 非常 重 要 的． 别 是在 传递 一 定 的有 功功率 时 ， 特 在发 送端 和接 收端 以最 小 的 交流 电流 传输 电能 使交流 系统 损耗 最 小 的方 案 是追 求 的 目标 ． 多 电平 注 入式 对
２ ）注入 开关 的数 目与 电平的数 目成正 比， 其它 方 案 附加 的实 现多 电平 的元 件数 与 电平 数 目的平 而
方成正比， 所以电压等级直接决定注入 Ｈ桥的数量而不再与 电平数相关 ， 这个特性对高压应用非常重
要．
３ ）当两个 主桥 平衡 时 ， ｋ 桥 链 不流过 主 桥直 流 电流 ， 样 附 加的 Ｈ 桥 链 功率 等级 相对较 低 ， 注／ Ｈ 这 而 且 输 出电压 电流的 波形 接近 正谐 波 ， 因而 不需 要 加装滤 波 器． ４ ）Ｈ 桥 电容 电压 的 自平衡 和 直流 侧 电容 电压的 强迫 相等 ． ５ ）低的开 关频 率和 软 开关 技术 减少 了主桥 开关 损耗 ． ６ ）施加于 功率 开关 和 连 接变 压 器绕 阻 电压 的变 化率 即 ｄ ／ ｔ 低 ， 少 了 电磁 噪声 及绝 缘 材料 的 ｖｄ 较 减
率 化 ， 自由控制有功 和无功功率 ， ＨＶＤ 可 使 Ｃ的传输性能大 大改善 ， 而且采 用合理 的控制策 略 ， 可 以改 善 ＨＶＤ 还 Ｃ联接 的交流 系统传 输特性 ， 现单 位功 率因数 传 实
输 电能 ．
关键词 ： 高压直流输电； 多级变换； 注入式变换 ； 潮流控制； 柔性交流输电 －收 稿 日期 来自０ ７０—４ ２ ０ —５２
基金项 目： 内蒙古 自然科学基金 资助 （ｏ ４ ８ ２ ８ ２ ２０ＯＯＯＯ）
作者简介 ： 罗振鹏 。 内蒙古工业 大学信息学院研究生．
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第 ２期
罗振 鹏 等
多 电 平 注 入 式 电压 源变 换 器 应 用 于 高 压 直 流 输 电 系 统 研 究
中图分 类号 ： Ｍ７ 文 献标 识码 ： Ｔ ２ Ａ
引 言
在 自换相 的高 压 直流输 电系统 中 ， 电平 技 术之 所 以被认 为是 一 种可 以替 换 Ｐ 多 ＷＭ 的新 技术 ， 因 是
为开关 元件 不仅 在基 频 下工 作 减 少 了开关 损耗 ， 且 采用 多 电平 的 技术 更 容 易获 得 高 的 电压等 级来 满 而 足高 电压大功 率要 求 ． 本 文提 出一种 新 的多 电平 电压 注入 变换 器 ， 种 多 电平注 入式 电压 源变 换 器 （ ＶＲ— Ｃ） 这 ＭＬ ＶＳ 结构 如 图 １ 这种结 构对 高压 大 电流 的直 流输 电有 许多 优点 ， ， 具体 如 下 ： １ ）主桥 电压 箝位 配置 对 功率 角运 行没 有 限制．
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内 蒙 古 工 业大 学 学 报 第２ ７卷 第 ２期
Ｊ ＯＵ ＲＮ ＡＬ ＯＦ ＮＮ ＥＲ ＯＮＧＯＬＩ Ｉ Ｍ Ａ Ｕ ＮＩ ＶＥＲＳＩ ＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ２ ２ ０８ １ ２ ． ０
文章编号 ：０ １ １ ７ ２ ０ ） ２０ ２ —６ １０ —５ ６ （０ ８０ — １６０
交 流输 电（ ＡＣ Ｓ 系统具有 良好的性能和 灵活 自由控制有 功功率 和无 功功率 的 Ｆ Ｔ ）
特 性 ． 统 中关 键 装 置 强 迫 关 断 Ａ ／ Ｃ变 换 器 必 须 是 高 压 大 功 率 的 装 置 ， 有 可 系 ＣＤ 才
能满足输配 电的要求． 采用 多电平技 术可显著 地提高交流系统容 量和 电压等级 。 但