可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述

２ 其他可控 电压 源型换流器子模块结构
尽 管 ＭＭＣ换 流 器 较 开 关 型 换 流 器 在 损 耗 、
谐 波、 模块 化 程度 上有 着显 著 优势 ， 但 该 技 术 本
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贵州电力技术
第 １ ６卷
身 还 带 有 固 定 的 技 术 局 限性 ， 如 仍 然 不 具 备 直 流 故 障清除能力 、 在 高 压 大 容 量 应 用 领 域 模 块 数 会 急剧 增 大 造 成 控 制 系 统 的 高 复 杂 性 。 针 对 ＭＭＣ 拓扑 的不 足 ， 工 业 界 和 学 术 界 提 出 了 许 多 方 案 ， 最 主 要 的 区 别 在 于 与 图 ２（ ａ ） 所 示 子 模
２ ０ １ ３年 １ ０月 第 １ ６ 卷 第 ｌ Ｏ期
２ Ｏ １ ３，Ｖｏ ｌ ，１ ６，Ｎ ｏ ． １ ０
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ＧＵＩ ＺＨｏＵ ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ Ｐ ＯＷ ＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
电 网科 技
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｇｒ ｉ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ＭＭＣ ） ， 建 立 了基 于 几 种 可 控 电 压 源 型 换 流 器 拓 扑 的 柔 性 直 流 输 电 系统 电 磁 暂 态 模 型 ， 结合 Ｐ Ｓ Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｅ Ｍ Ｉ ＇ Ｄ Ｃ 的数 字 仿 真 结 果 ， 验 证 了所 提 出的 换 流 器 拓 扑 结构 及 其 输 电 方案 的 可行 性 。 关键 词 ： 柔性 直流输 电； 可控 电 压 源 型 换 流 器 ； 模 块化 多 电平 换 流 器 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ８ ３ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ０ ０ ９— ０ ４ 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ５ 文献标志码 ： Ｂ
直 流 输 电换 流 器拓 扑 的发 展 趋 势 ， 这 从 目前 国 内外 最 新投 运 的工 程 （ ２ ０ １ ０年 的美 国 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ Ｂ ａ ｙ Ｃ ａ ｂ ｌ ｅ工
扫 广 １ — — ＿ － Ｊ广 翘 ＿ ＿ Ｌ — — — Ｊ广 翘 ＿ Ｌ — — ＿ ＿ Ｊ
图１ ＭＭＣ换 流器 拓 扑 结 构
在 图 １中 ， Ｖ ｓ ａ ｂ ｃ为换 流 器 接人 的交 流 系 统 ， 为
获 得合 适 的直 流 电压 利用 率 ， 换 流器 一 般 通 过 连 接
变 压器 Ｔ与交 流 系统 相 接 。 Ｌ ｃ为 阀 电抗器 ， Ｓ Ｍ１～ Ｓ Ｍ ｎ为 可 控 电 压 源 换 流 器 子 模 块 。最 先 提 出 的
柔 性直 流 输 电技术 是 高压大 功率 电力 电子 应用
公 司相 继 提 出 了 许 多 拓 扑 ， 基 本 结 构 和 运 行 原 理
领 域 的制高 点 ， 该技术 在新能源接入 （ 特 别 是 近海
都 跟 ＭＭＣ很 类 似 。ＭＭＣ的 建 模 、 控制、 调制、 器 件 参 数 选 择 在 文献 中有 详 细 论 述
最 新投 运 的可控 电压 源 型换流 器柔 性直 流输 电工 程
均使 用 ＭＭＣ拓 扑 ， 该 拓 扑 已经 在工 业 界取 得 了较
高 的认 可度 。
１ ＭＭＣ换 流 器 基 本 结 构
２ ０ ０ ２年 ， 德 国学 者 Ｒ．Ｍａ ｒ ｑ ｕ ａ ￣和 Ａ．Ｌ ｅ ｓ ｎ ｉ ｃ － ａ ｇ最 早 提 出 了 ＭＭＣ拓 扑 结 构 的 概 念 ， 该 拓 扑 奠 定 可 控 电 压 源 型 换 流 器 的基 础 ， 之 后 有 学 者 和
流器 采 用两 电平 或 三 电平 拓 扑结 构 。 Ｉ Ｅ Ｃ ／ Ｔ Ｒ ６ ２ ５ ４ ３技 术 报 告 … 将 电压 源 型 柔 性 直
， ＭＭＣ的拓
茸 茸茸
流输 电 换 流 器 拓 扑 分 为 两 种 ： 开关 型 （ “ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ” ｔ ｙ ｐ ｅ ） 拓 扑 和 可 控 电压 源 型 （ “ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｌ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ”ｔ ｐｅ） ｙ 拓 扑 。开关 型拓 扑 ， 即 目前 绝大 多 数 工程 采用 的两 电平 或 三 电平 拓扑 ， 其 明显 特 点 为 直
可 控 电压 源 型 柔 性 直 流 输 电 换 流 器 拓 扑 综 述
周 敏， 张劲松 ， 刘宇 思
（ 中国能源建设 集团广 东省 电力设计研 究院， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ６ ３ ）
摘
要： 为分析 不 同可控 电压 源型 柔性 直流 输 电换 流 器拓扑 结构 的技 术特点 ， 围绕模 块化 多 电平 换 流器 （ Ｍ ｏ ｄ ｌａ ｕ ｒ
流储 能 电容器 组 并 接 于直 流侧 ， 运 行 时换 流 桥 臂 中 电流 不 连 续 ； 而 以 ＭＭＣ为 代 表 的 可 控 电压 源 型 拓
扑 的储能 电容 器分 布在 换 流桥 臂 的子 模 块 中 ， 运 行 时换 流桥 臂 中有连 续 电流 流过 。两 类拓 扑各 自的优 势 在 相关文 献 中已有较 详 细 的总结 Ｊ 。较 晚 出现 的可 控 电压 源 型拓 扑 以其 诸 多 优 势 ， 成 为 未 来 柔 性
程、 ２ ０ １ １ 年 的上 海 南汇 工程 ） 和在建 的工 程 （ 如 大 连 跨 海工 程 、 舟 山 ５端 工 程 、 南 澳 风 电 场 接 入 ３端 工
程、 德国Ｂ ｏBaidu Nhomakorabeaｒ ｗ ｉ ｎ ２工程 ） 中可见 一斑 。
ＭＭＣ子 模块 半桥 拓 扑 如 图 ２（ ａ ） 所示 ， 目前 国 内外
扑 结 构 如 图 １所 示 。
风电接人） 、 向无源 电网供 电（ 如海 岛供 电， 海上钻 井平台） 、 异 步 电 网互 联 、 城 市 配 网等 诸 多 领域 有 着
广 阔 的应用 前景 ， 因此 吸引 了学 术 界 和 工业 界 越 来 越 多 的关注 。国 内外 投入 的十几 个柔性 直 流输 电工 程也 都 取得 了不 错 的成 效 ， 其 中绝 大部 分工 程 的换