模块化多电平换流器型直流输电

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基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究

基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，直流配电网，特别是基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的柔性直流配电网，逐渐成为未来智能电网的重要组成部分。

然而，与传统的交流配电网相比，直流配电网的故障特性和保护策略存在显著差异，这使得故障定位和保护配置面临诸多挑战。

因此，本文旨在深入研究基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置问题，以提高电网的安全性和稳定性。

本文首先对柔性直流配电网的基本结构和工作原理进行介绍，重点阐述MMC的工作原理及其在直流配电网中的应用。

在此基础上，分析柔性直流配电网中可能出现的故障类型及其特性，包括线路故障、换流器故障等。

接着，本文深入探讨现有的故障定位方法，如行波法、阻抗法等，并分析其在柔性直流配电网中的适用性。

同时，针对柔性直流配电网的故障特性，研究适用于该系统的保护配置方案，包括过流保护、欠压保护等。

本文还将通过仿真实验和实际案例分析，对所提出的故障定位方法和保护配置方案进行验证。

通过仿真实验，模拟不同故障场景下电网的动态行为，评估故障定位方法的准确性和保护配置方案的有效性。

结合实际案例，分析故障发生的原因和处理过程，为实际工程应用提供参考。

本文旨在通过理论分析和实验研究，为基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置提供有效的解决方案，为推动直流配电网技术的发展和应用提供理论支持和实践指导。

二、MMC技术及其在柔性直流配电网中的应用模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是一种新型的高压大功率电力电子变换技术，由德国学者R. Marquardt和A. Lesnicar于2002年首次提出。

MMC由多个结构相同、相互独立的子模块（Sub-Module，SM）级联而成，通过控制子模块的投入与切除，可以灵活地调节输出电压的幅值和极性，从而实现直流电网的灵活、高效、可靠运行。

基于模块化多电平换流器结构的柔性直流控制策略

国家电网公司重点科技项目（ＳＧＫＪＪＳＫＦ［２００９］６３３）。
高压电容器组．可以在半导体器件发生故障时避免桥臂直通故障桥臂电抗器，Ｊ的使用有以下优点：
（１）限制故障时电流，发生短路故障，可以限制电
电压进行平衡控制．４＿．调制方式选择的研究表明］．采用合适的换流器控制方式可以降低器件开关频率．
类换流站的基础两电平或者ｊ电平结构受单个开关器件耐压限制．需要使用大量开关器件串联．对器件开通关断一致性、串联器件均压特性要求高－２Ｉ．模块
化多电平换流器（ＭＭＣ）使用子模块串联方式其电容
柔性直流基本的控制功能方面的要求
关键词：电压源换流器：控制：模块化多电平：动模
中图分类号：ＴＭ７２１．１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００９ — ０６６５（２０１３）０卜０００５ — ０４
海南汇柔性直流输电示范工程参数．采用实际的上位
Ｌ
Ｂ
ｃ
机控制设备和阀控电子设备，对控制策略进行实时仿
真研究
１换流器拓扑
两电平或者三电平换流器结构的共同特点是在直流母线上并联电容器．一旦出现半导体器件故障

基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术

第1卷第1期2011年1月电力与能源基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术刘隽1,贺之渊2,何维国1,包海龙1,季兰兰2(1.上海市电力公司技术与发展中心,上海 200025; 2.中国电力科学研究院,北京 100192)摘要:介绍了基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术的基本原理,推导了系统主电路的电压电流关系,并给出了仿真验证;介绍了模块化多电平变流器的控制方式,给出了一种M M C的控制结构;介绍了世界范围内柔性直流输电工程的应用情况,以及上海南汇柔性直流输电示范工程的工程概况、系统运行方式及控制策略,并讨论了用于南汇工程的直接电流控制的原理图和控制系统结构。

关键词:模块化多电平变流器;柔性直流输电;控制方式;示范工程中图分类号:T M723 文献标志码:A 文章编号:2095-1256(2011)01-0033-07The Introduction of Technology of HVDC Based on Modular Mu lti level C onverterL I U J un1,H E Zhi y uan2,H E W ei guo1,B AO H ai long1,J I L an lan2(1.T echnolo gy and Development Center,SM EPC,Shang hai200025,China;2.China Electric Po w er Research Institut,Beijing100192,China)Abstract:In the paper,the essential w or king mechanism of mo dular multi lev el co nv erter used in the flexible HV DC techno log y is int roduced fir st ly.In addition,the vo ltag e and cur rent relatio nship of the main cir cuit is der ived,w hich ar e ver ified by a simulat ion.T hen the contro l metho d o f the M M C is intr oduced,and a co ntr ol st ructur e of M M C w as g iv en.T he applicat ion situatio n o f VSC-HV DC pro ject in w o rld is intro duced in de tail.T he general informat ion,sy stem o per atio n mode and the co rr esponding co nt rol str ategy of the Shang ha i Nanhui flex ible H VDC demo nstr ation pr oject are described in detail.Fur ther mor e,t he elementary diag ram and co nt rol system structure of the direct curr ent contr ol are discussed.Key words:M M C;flex ible H V DC;contr ol mo de;demo nstr ation pro ject传统的基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-H V DC)工程采用的低电平电压转换器(VSC)具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器和变压器等缺点,并存在串联器件的动态均压等难题,多电平变流器通过电压叠加输出高电压,并且输出电压谐波含量少,无需滤波器和变压器,为了克服上述问题,提供了一种新的方案。

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述周海鸿;杨明发;阮俊峰【摘要】基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种新型的灵活输电方式.同交流输电技术相比,MMC-HVDC输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点.在当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有所用器件少、运行效率高、经济性好等特点,但缺乏直流故障清除能力.本文简单介绍了半桥型MMC发生故障的原因,对目前MMC-HVDC输电系统直流故障隔离技术的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,展望了MMC-HVDC输电系统直流故障保护的新的研究方向.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2019(020)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】模块化多电平换流器(MMC);直流故障隔离;柔性直流输电系统【作者】周海鸿;杨明发;阮俊峰【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116【正文语种】中文柔性直流输电可应用于以下领域：远距离大容量输电、海上风电场接入电网、分布式电源接入电网、向海上钻井平台或偏远地区供电[1]。

考虑到中国可再生能源发电资源的整合与并网以及远距离大容量传输的需求，需要开展建设基于电压源换流器的直流电网[2]。

同交流输电技术相比，高压柔性直流输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点[3]。

它可以充分利用各种能源资源的互补特性及现有的交直流输配电设备，实现广域大范围内能源资源的优化配置、大规模新能源电力的可靠接入以及现有电力系统运行稳定性的提升。

1990年，加拿大麦吉尔大学的Boon. Teck Ooi教授等人首先提出了基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术。

模块化多电平换流器（MMC）是一种新型电压源换流器的概念和拓扑结构，由德国慕尼黑联邦国防军大学学者A. Lesnicar和R. Marquardt在2001年首次提出[4]。

模块化多电平(MMC)电压源型换流器工作原理

模块化多电平（MMC）电压源型换流器1柔直输电的基本原理柔性直流输电系统作为直流输电的一种新技术,也同样由换流站和直流输电线路构成。

柔性直流输电功率可双向流动，两个换流站中的任一个既可以作整流站也可以作逆变站运行，其中处在送电端的工作在整流方式，处在受电端的工作在逆变方式。

为简明起见，以典型的三相两电平六脉动型换流器的柔性直流输电换流站为例，介绍柔性直流输电的基本原理。

系统结构如图2-1所示。

由图虚线划分可知，两端柔性直流输电系统可以看作为两个独立的静止无功发生器（STATCOM）通过直流线路联结的合成系统；对于交流系统而言，交流系统向柔性直流换流站提供连接节点，即换流站与交流系统是并联的。

由以上柔性直流输电系统拓扑结构特点分析可知，柔性直流输电系统具有STATCOM进行动态无功功率交换的功能，除此之外，由于两个电压源换流器（VSC）的直流侧互联，它们之间又具备了有功功率交换的能力，可以在互联系统间进行有功潮流的传输。

图2-1两端VSC-HVDC结构示意图（1－两端交流系统；2－联结变；3－交流滤波器；4－相电抗/阀电抗器；5－换流阀；6－直流电容；7－直流电缆/架空线路。

背靠背式两端VSC-HVDC不包含7）柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器/阀电抗器、联结变压器、交流滤波器、控制保护以及辅助系统（水冷系统、站用电系统）等。

电压源型换流器包括换流电路和直流电容器，实现交流电和直流电转换的换流电路由一个或多个换流桥并联（或串联）组成，目前在柔性直流工程中还未出现多个换流桥组成的组合式换流器，但组合式换流器可以达到降低开关频率，减少损耗的目的，在某些情况下也可能被采用。

电压源型换流桥可以采用多种拓扑结构，工程中常用的有三相两电平桥式结构，二极管钳位式三电平桥式结构、模块化多电平结构，还有工程中未曾应用，但研究者比较关注的二极管钳位多电平结构和飞跨电容多电平结构。

换流器中的每个桥有三个相单元，一个相单元有上下两个桥臂，每个桥臂或由一重阀（两电平）构成，或由两重阀（三电平）构成，或由多重阀（多电平）构成。

20171014关于柔性直流输电工程技术的探究

柔性直流输电技术探究柔性直流输电技术（VSC-HVDC）是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制技术为基础的新型输电技术，广泛应用于可再生能源的接入、孤岛供电、城市供电、电网互联等领域。

一、换流技术分类已有的柔性直流输电工程采用的VSC主要有三种：两电平换流器、三电平换流器以及模块化多电平换流器。

1.两电平换流器两电平拓扑结构：有六个桥臂，每个桥臂由IGBT和反向并联的二极管组成，其单个桥臂结构及输出波形如图1所示，波形输出值有正负U/2两种。

图1：两电平SVC单相波形2.钳位型三电平换流器三电平换流器可以输出+U/2、-U/2、0三种，拓扑结构以及单相输出波形如图2、3。

图2：钳位型三电平拓扑结构图3：三电平VSC单相波形前两种都是采用PWM来逼近正弦波形，但存在着谐波含量高，开关损耗大等缺陷。

3.模块化多电平换流器模块化多电平换流器（MMC）桥臂是由子模块（SM）级联的方式组成，每个桥臂由N个子模块和一个串联电抗器组成如图4所示。

图4：MMC结构图其中子模块一般采用半个H桥结构，如图5所示，其有三种工作状态，六种工作模式。

图5：H桥结构其中Uc为子模块的电容电压，usm、ism为子模块输出的电压电流。

模块化多电平换流器采用的是阶梯波的方式来逼近正弦波，当桥臂中的子模块超过一定数量时，换流器输出波形为近似正弦的阶梯波，如图6所示，无需安装过滤装置。

图6：模块化多电平输出单相波形与两电平、三电平换流器相比，模块化多电平换流器有着如下的优点：1.模块化设计，便于电压等级以及容量提升2.器件开关频率显著降低，减少了开关损耗3.输出的电压谐波含量大大减少，交流侧无需安装滤波装置二、柔性直流输电系统的主接线方式典型的直流输电系统有如下三种：对称单极系统、不对称单极系统、对称双极系统，单极对称系统正常运行时不会有工作电流流经接地点，不需要设置专门的接地极，当直流线路发生故障时，整个系统将不能运行；通过大地或者金属线还可以构成不对称结构，其换流阀所受电压为单极对称的两倍；将两个单极对称系统串联构成双极对称系统。

7、模块化多电平HVDC输电系统子模块电容值的选取和计算

第35卷第1期电网技术V ol. 35 No. 1 2011年1月Power System Technology Jan. 2011 文章编号：1000-3673（2011）01-0026-07 中图分类号：TM 72 文献标志码：A 学科代码：470·4054模块化多电平HVDC输电系统子模块电容值的选取和计算王姗姗1，周孝信1，汤广福1，贺之渊1，滕乐天2，刘隽2（1．中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192；2．上海市电力公司，上海市浦东区 200122）Selection and Calculation for Sub-module Capacitance inModular Multi-level Converter HVDC Power Transmission System WANG Shanshan1, ZHOU Xiaoxin1, TANG Guangfu1, HE Zhiyuan1, TENG Letian2, LIU Jun2(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China;2. Shanghai Municipal Electric Power Company, Pudong District, Shanghai 200122, China)ABSTRACT: The mathematical relation between the value of sub-module capacitance and operational characteristics of HVDC system is analyzed in four aspects, i.e., the steady-state energy conversion process, dynamic response process of active power control and transient energy conversion process in modular multi-level converter HVDC power transmission system as well as the requirement to bridge arm protection during bipolar short-circuit fault, is researched. Based on the result of theoretical analysis, the principle and calculation method for the selection of modular multi-level sub-module capacitance are given. Usually, the value of the sub-module capacitance is calculated according to the voltage fluctuation and the requirement to dynamic response characteristic of active power control, and the calculation result is verified by transient voltage fluctuation of sub-model and the requirement to the bridge arm protection. Utilizing the model based on electromagnetic transient simulation software PSCAD, a practical design case is simulated, and simulation results show that the proposed selection principle and calculation method are reasonable and feasible.KEY WORDS: voltage source converter; HVDC power transmission; modular multi-level converter (MMC); sub-module capacitance; parameter design摘要：从模块化多电平柔性直流输电系统稳态能量交换过程、有功功率控制动态响应特性、暂态能量交换过程及直流双极短路故障时桥臂保护要求4个方面分析了子模块电容值与直流系统运行特性之间的数学关系。

mmc模块化多电平换流器波形

mmc模块化多电平换流器波形
MMC（Modular Multilevel Converter）模块化多电平换流器是
一种高压直流断路器，主要用于高压直流输电系统中将交流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电。

它的主要优点是可以实现较高的电压调节范围、较低的谐波含量以及较好的容错能力。

MMC的波形主要取决于其控制策略和所采用的调制技术。

一
般来说，MMC的输出电压波形是多电平波形，在正常运行状
态下，其形状近似于一个正弦波，但是波形的幅值可以在几个不同的电平之间进行调节，以实现对输电系统的电压控制。

具体来说，MMC的波形通常采用PWM（Pulse Width Modulation）调制技术产生。

PWM调制技术通过调节开关器
件的开关周期和占空比，来控制输出电压的波形。

在MMC中，每个模块都有自己的PWM控制器，通过协调各个模块的开通
和关断动作，可以实现多电平的输出波形。

对于MMC来说，常见的多电平输出波形有三电平和五电平波形。

三电平波形通过控制开关器件的开通和关断，使得输出电压可以在三个电平（正、零、负）之间进行切换。

五电平波形则通过增加两个电平（正中、负中）来进一步提高输出电压的精度。

这些多电平波形可以有效地降低谐波含量，提高功率转换效率。

总之，MMC模块化多电平换流器的波形是通过PWM调制技
术产生的多电平波形，可以根据需要进行电压调节，以满足不同的输电系统要求。

基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术

（．ｅｈｎｏｙａｅｌｍｅｎｅ，１ＴｃｏｌｇｎｄＤｖｅｏｐｎｔＣｅｔｒＳＭＥＰＣ，Ｓｈａｎｇｈｉ２００ａ０２５，Ｃｈｉｎａ；
２ＣｈｎｅｔｉＰｏｒＲｅｅｒｈＩｓｉｔＢｅｉｇ１０９，ｉａ）．ｉａＥｌｃｒｗｅｓａｃｎｔｔ，ｉｎ０１２Ｃｈｎｃｕｊ
ｔｉＴｈｅｇｅｒｌｉｏｒａｉｎ，ｓｔｍｅｒｔｏｎｍｏｎｔｅｃｒｓｏｎｎｇｃａｌ．ｎｅａｎｆｍｔｏｙｓｅｏｐａｉｄｅａｄｈｏｒｅｐｄｉｏｎｔｏｌｔａｅｈｅＳｈａｇｈａｒｓｒｔｇｙｏｆｔｎｉ
ＴｈｎｒｄｃｉｎＯｃｏｏｙＯＶＤＣｓｄｏｏｕａｕｔ－ｅｅｎｖｒｅｅＩｔ０ｕｔｏｆＴｅｈｎｌｇｆＨＢａｅｎＭｄｌｒＭｌｉｌｖｌＣｏｅｔｒＬＪＹｎＨＥｈ — ｕｎＵｕ，Ｚｉｙａ，ＨＥ — ｏｇｕ，ＢＡＯａ —ｏｇＩＬａ —ａ。Ｈｉｌｎ，ｎｌｎ
ｓｒｃｕｅｏＭＣｗａｉｅ．ＴｈｐｌａｉｎｓｔａｉｎｏＣ— ＨＶＤＣｐｏｅｔｉｒｄｉｉｔｏｕｅｎｄｔｕｔｒｆＭｓｇｖｎｅａｐｉｔｉｔｆＶＳｃｏｕｏｒｊｃｎｗｏｌｓｎｒｄｃｄｉｅ
ＮａｈｉｆｘｂｅＨＶＤＣｄｍｏｓｒｔｎｐｏｅｔａｅｄｓｒｂｄｉｅａｌｎｕｌｉｌｅｅｎｔａｉｒｊｃｒｅｃｉｅｄｔｉｏｎ．Ｆｕｔｅｍｏｅｈｌｍｅｔｒｉｇａａｄｒｈｒｒ，ｔｅｅｅｎａｙｄａｒｍｎ

模块化多电平换流器稳态功率运行范围的确定方法

模块化多电平换流器稳态功率运行范围的确定方法模块化多电平换流器（MMC）是一种新型的高压直流输电技术，它具有高效率、高稳定性和灵活性等优点。

然而，在实际应用中，MMC 在稳态功率运行范围的确定方面存在一定的挑战。

本文将介绍一种确定MMC稳态功率运行范围的方法，并探讨其优势和适用性。

一、MMC的稳态功率运行范围MMC是一种通过控制每个模块的开关状态来实现电流和电压波形控制的换流器。

每个模块包含一个电容和一个半桥模块，通过控制开关的导通和截止，可以控制输出电流和电压的波形。

MMC的功率输送能力取决于电容容量、模块数量、支路阻抗等因素。

确定MMC的稳态功率运行范围是为了保证其在不同负载条件下的稳定工作。

在确定MMC的功率运行范围时，需要考虑以下几个因素：1. 温度限制：MMC模块在高功率情况下会产生较大的热量，超过一定温度会影响模块的可靠性和寿命。

需要考虑MMC的散热能力，以避免温度过高。

2. 电压限制：MMC的直流电压受到输入电压和输出电压的限制。

输入电压不应超过模块的额定电压，输出电压不应超过负载侧电压的限制。

3. 电流限制：MMC的输出电流应根据负载需求和线路容量来确定。

过大的输出电流会导致模块电流过载，影响其稳定性和寿命。

基于以上因素，我们可以采用以下方法来确定MMC的稳态功率运行范围。

二、MMC稳态功率运行范围的确定方法1. 确定模块参数：需要确定MMC的模块参数，包括每个模块的额定电压、电容容量和额定电流等。

这些参数可以通过MMC设计手册或厂家提供的数据获得。

2. 温度分析：根据MMC的模块参数和散热设计，可以进行温度分析，以确定MMC在不同负载条件下的温度分布和温度上限。

可以利用热传导模型和有限元方法进行仿真分析。

3. 电压分析：根据MMC的输入电压和输出电压要求，可以对MMC的电压进行分析。

输入电压应不超过模块的额定电压，输出电压应在负载电压限制范围内。

4. 电流分析：根据负载需求和线路容量，可以确定MMC的输出电流。

模块化多电平换流器直流输电稳态仿真分析

ｓｈｍｅｗｈｃｏｌｆｅｔｖｌｎｓｒａｈｓｄｅａｅｓｍｅｃｐｃｔｎｅｉｈｗｎｃｅｉｈｃｕｄｅｆｃｉｅｙｅｕｅｅｃｕｂｍｏｕｌｔｔａａａｉａｃｓｓｏ．Ａａｒｅｈｃｒｉｒ
ＳｅｄｔｔａｅｏｕａｕｔｅｅｌａｅＳｕｃｎｅｔｒｔａｙＳａｅｂｓｄＭｄｌｒＭｌｌｖｌｉＶｏｔｇｏｒｅＣｏｖｒｅ
ＪａｇＺｅｇｉＬｕｎｋｉＷｎｎｙｎＴｎｏｇＨｕｒｏｅｉｎｈｎｘｎｉａｇａａｇＨｏｇａｅｇＳｎｏａｆｉＧ
ｐｓｓｉｔｎｍｏｄａｉｎｓｒｔｇｉｕｓｄｏｔｅｓｔｍｏＭＭＣ— ｈａｅｈｆｉｇｕｌｔｏｔａｅｙｓｅｆｒｈｙｓｅｆＨＶＤＣ．ＦｉｌｙｎａｌｂａｅｏｓｄｎＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ，ｈｔａｅｅｂｖｅａｅｖｅｉｅｔｅｓｒｔｇｉｓａｏｒｒｆｄ．ｉＫｅｗｏｒ：ｍｏｕａｕｔｌｖｅｌａｓｕｃｃｎｅｅ；ＨＶＤＣ；ｃｒｉｒｐｈｓｓｆｉｇ；ｙｄｓｄｌｒｍｌｉｅｌｖｏｔｇｅｏｒｅｏｖｒｒｔａｒｅａｅｈｉｔｎｃｐｃｔｒｖｏｔｇｅｂｌｎｃａａｉｏｌａａａｅ
（ｙＬａｏａｏｙｏｏｒＳｓｅＰｏｅｔｎａｄＤｙａｃＳｃｒｙＭｏｉｒｇａｄＣｏｔｌｎｅＫｅｂｒｔｒｆｗｅｙｔｍｒｔｃｉｎｎｍｉｅｕｉｎｔｉｎｎｒｄｒＰｏｔｏｎｏｕＭｉｉｔｆｄｃｔｎＮｏｔｉａＥｅｔｉｏｒＵｎｖｒｉ，ｏｉｇＨｅｅ７０ｎｓｒｏｕａｉ，ｒｈＣｈｎｌｃｒｃＰｗｅｉｅｓｔＢａｄｎ，ｂｉ３）ｙＥｏｙ０１０

模块化多电平换流器原理及应用

模块化多电平换流器原理及应用模块化多电平换流器是一种电力电子设备，用于实现多电平电压波形的转换和控制。

它由多个子模块构成，每个子模块负责产生一个电平的电压波形，通过合理的组合和控制，可以实现所需的多电平输出。

本文将介绍模块化多电平换流器的原理和应用。

1. 原理：模块化多电平换流器的原理基于电力电子技术和PWM调制技术。

它采用多个子模块，每个子模块包含一个逆变桥和一个滤波电路。

逆变桥将输入直流电压转换为交流电压，滤波电路对输出波形进行滤波，以得到所需的电平。

通过合理的控制和组合，可以实现多种电平的输出。

2. 应用：模块化多电平换流器在电力系统中有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：（1）高压直流输电系统：在高压直流输电系统中，模块化多电平换流器可以实现高效的电压转换和控制，提高输电效率和稳定性。

（2）电动车充电桩：模块化多电平换流器可以用于电动车充电桩中，实现对电动车的快速充电和电压的精确控制。

（3）可再生能源发电系统：在可再生能源发电系统中，模块化多电平换流器可以将不同类型的可再生能源（如太阳能、风能等）转换为交流电并注入电网。

（4）工业电力系统：在工业电力系统中，模块化多电平换流器可以实现对电力负载的精确控制和优化，提高电力系统的稳定性和效率。

3. 优势：模块化多电平换流器相比传统的换流器具有以下优势：（1）高效性：模块化多电平换流器可以实现高效的电压转换和控制，减少能量损耗和系统热量。

（2）灵活性：模块化多电平换流器由多个子模块构成，可以根据实际需求灵活组合和控制，适应不同的电压和功率要求。

（3）可靠性：模块化多电平换流器由多个子模块组成，故障发生时只需替换故障模块，不会影响整个系统的运行。

（4）可扩展性：模块化多电平换流器可以根据需求进行扩展，增加或减少子模块，以适应不同的应用场景。

4. 发展趋势：随着电力电子技术和控制技术的不断发展，模块化多电平换流器在未来有着广阔的发展前景。

以下是一些发展趋势：（1）提高功率密度：随着半导体器件的不断进步，模块化多电平换流器的功率密度将会越来越高，实现更小体积和更高效率的换流器。

基于模块化多电平换流器的柔性直流换流站过电压分析与保护的开题报告

基于模块化多电平换流器的柔性直流换流站过电压分析与保护的开题报告一、研究背景和意义近年来，电力系统中柔性直流输电技术备受关注，直流换流站作为柔性直流输电系统中的核心设备之一，主要实现交流系统和直流系统之间的能量转换和电力传输。

柔性直流输电技术相较于传统交流输电技术具有多种优点，如输电损耗小、控制和调节能力强等，越来越多的研究人员在该领域展开研究。

模块化多电平换流器是目前柔性直流输电系统中最重要的组成部分之一，它通过将高压直流输电系统的电压转换为可变频率、调节电压等级的交流电压，实现功率调节和电压调节的目的。

然而，在柔性直流输电系统中，电压脉动、电容电压超限等问题是一个比较普遍的现象，这些问题不仅影响系统的可靠性和稳定性，而且还会对设备造成损坏。

因此，本文旨在针对模块化多电平换流器的柔性直流换流站在运行过程中出现的过电压问题，进行深入分析研究，并针对这些问题提出相应的保护措施，为柔性直流输电技术的发展提供有力的支持。

二、研究内容和重点本文首先对柔性直流换流站的基本原理进行简要介绍，并重点介绍了模块化多电平换流器的工作原理和结构特点。

其次，针对模块化多电平换流器在柔性直流换流站中存在的过电压问题，结合具体实例，分析了过电压产生的原因和危害，并提出了一系列的保护措施，包括控制过电压产生的源头、加强过电压检测和预警机制、设定适当的保护动作等。

本文还将通过建立数学模型和仿真模拟，对模块化多电平换流器在柔性直流交流输电系统中的稳态和动态特性进行分析和评估，推导出换流器的工作参数和控制策略，以实现对过电压的有效控制。

最后，通过实验验证，评估所提出的保护措施的有效性和可行性。

三、研究方法和技术路线本文主要采用以下研究方法：1.文献资料法：收集和整理与柔性直流输电技术相关的文献资料，深入了解柔性直流换流站的基本原理和模块化多电平换流器的工作原理和特点。

2.建立数学模型法：基于模块化多电平换流器的结构和工作原理，建立相应的数学模型，并进行仿真模拟，评估模型的准确性和可靠性。

适用于模块化多电平换流器调制策略的比较性分析

适用于模块化多电平换流器调制策略的比较性分析模块化多电平换流器（MMC）这种新型拓扑结构的出现极大地促进了柔性直流输电的发展，作为其关键技术之一的调制策略的选择至关重要。

本文首先介绍了MMC的工作原理，其次对于两种常用的适于模块化多电平的调制策略进行详尽的分析，最后比较最近电平与载波移相调制策略的优缺点，为MMC调制策略的选择提供了理论依据。

关键字：MMC；最近电平逼近；载波移相0 引言模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种级联型的变换器具有独特的结构和技术优势，其自身结构简单、高度模块化，扩容能力强，良好冗余性及较低的输出谐波等优点成为新一代柔性直流输电技术的核心设备。

MMC调制策略是直接影响MMC 性能的关键指标之一，其选择至关重要。

目前，可用于MMC 调制的策略主要有最近电平调制、载波移相脉宽调制、载波层叠脉宽调制、阶梯波调制、空间矢量脉宽调制等调制策略，其中较为广泛应用的是最近电平调制和载波移相脉宽调制[2-4]。

1 MMC的基本原理MMC由具有相同结构的三个相单元组成，每相含有上、下两个桥臂，N 个级联的子模块（SM）和一个电抗器串联而成构成一个桥臂单元，SM由两个IGBT、两个反并联二极管和一个电容器构成[1]。

MMC子模块共有三种工作模式，假设S1与S2分别表示两个IGBT的开关状态，定义S1=1表示高电平导通，S2=0表示低电平截止，S2的开关状态定义与S1相同。

当S1=1且S2=0时，子模块处于投入模式，此时，根据子模块电流ism方向的不同可以充电，也可以放电；当S1=0且S2=1时，子模块处于切除模式，此时子模块被旁路，电容电压保持恒定，不充电也不放电；当S1=0且S2=0時，子模块处于闭锁模式，此时子模块的工作状态一般是子模块电容器在故障时被旁路，或者用在启动MMC时对子模块电容器预充电。

2 MMC的调制策略2.1 最近电平逼近调制最近电平逼近（Nearest V oltage Level Modulation，NLM）方法是近期研究较为常用的一种适用于MMC调制控制的方法。

IGBT技术进展及其在柔性直流输电中的应用

IGBT技术进展及其在柔性直流输电中的应用摘要：随着我国社会科学技术的不断进步与发展，我国的轨道交通行业也在不断地发展与更新。

同时随着双极性晶体管IGBT技术的不断发展，其优良的通态特性和开关特性已经逐渐应用在轨道交通中，特别是在柔性直流输电中的应用。

这种技术的结合不仅能够提高系统的控制精度，同时还可以稳定压力，优化整个系统运行的过程。

基于此，本文首先简单的分析一下IGBT的发展和改进；随后从几个角度给出IGBT技术在柔性直流输电上的应用。

以此仅供相关人士进行交流与参考。

关键词：IGBT技术；发展情况；柔性直流输电；应用引言：随着变频调速的不断进步与发展，目前出现了一些以新的控制策略和电路拓扑为主的变频器，不仅可以实现零开关损耗，而且能够将开关频率提升到一个几万赫兹的数量级。

作为少子器件的IGBT，它的工作性能已经远远超过MOSFET等多子器件，不仅具有优越的通态特性，而且还有宽的安全工作区SOA，最重要的一点就是具有高峰值电流容量，便于系统的驱动。

由于IGBT具有如此多的优良特性，所以在柔性直流输电上得到了广泛的应用与发展。

一、IGBT技术的发展进程二十世纪八十年代发明了IGBT，IGBT技术是伴随着其表面结构和体结构的发展而发展的。

IGBT的表面结构主要是金属氧化物半导体MOS，体结构包括耐压层和集电区两部分。

首先对于IGBT的表面结构而言，它从最初的平面栅改进为沟槽栅，然后从P 阱向N阱包围P阱演变成空穴阻挡层，具体变化见图一。

修改后的沟槽栅结构的关断特性和通态电压特性有了更好的优化，而且其中的元胞结构采用的是空穴阻挡层，最经典的应用例子就是三菱半导体的CSTBT芯片[1]。

（图一）IGBT表面结构的改进过程从IGBT的体结构而言，它经历了三个阶段（见图二）：非透明集电区穿通型到透明集电区非穿通型，现在发展到透明集电区。

对于最初的穿通技术而言，对载流子的注入系数要求比较高，再加上对其使用寿命的限制，往往会限制其运输效率，因此穿通技术逐渐发展为非传统技术，在非传统技术的使用过程中，虽然运输效率有所提升，但是注入系数变得太低，所以开发了新型的体结构（含有缓冲层）来代替非穿通技术[2]。

模块化多电平变换器_MMC_工作原理的分析

科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2012年第5期科●0引言电力电子器件的不断发展，使得由这些器件构成的电压源转换器可以进行直流输电。

相对于传统的直流输电系统，电压源换流器型高压直流输电技术具有一系列的优点，可以实现有功和无功的快速解耦控制。

模块化多电平变换器（MMC ）具有级联型变换器的特点，比较容易实现向多电平拓展，而且可以实现直流侧的“背靠背”连接，十分适用于电压源高压直流输电系统和直驱型风力发电系统。

1MMC 的拓扑结构模块化多电平变换器（MMC ）的拓扑结构是一种新型的多电平变换器结构，它继承了级联式多电平变换器机构的优点，在此基础上，采用充电电容来代替独立电源，克服了难以向多电平发展的不足，同时也降低了每个开关器件所承受的应力。

从机构上来分，目前常见的模块化多电平变换器有三种：星形MMC 变换器、三角形MMC 变换器和双星形MMC 变换器结构。

由于星形和三角形结构的MMC 变换器很难拥有同一的直流端，不易构成变换器，所以我们以双星结构MMC 为例进行研究。

图1是双星形MMC 变换器的拓扑机构示意图，此种机构的MMC 变换器是由三个相同的桥臂组成，每个桥臂上下有相同结构和数目的子模块构成，中间通过两个缓冲电感相连。

子模块结构相同，都是由两个IGBT 串联后与充电电容并联。

由于这种结构都是由相同的模块组成，所以当一个子模块出现问题的时候，可以及时切除坏损模块，投入新模块，保证系统的正常运行。

同时也方便向更高电平拓展，可以通过控制子模块的数目来达到目的。

图1双星形MMC 变换器拓扑结构2MMC 变换器的工作原理多电平变换器的一般原理是由几个电平台阶合成梯形波以逼近正弦波，图1所示的为一个五电平的MMC 变换器的拓扑结构，通过控制子模块中的开关器件IGBT 可以使得子模块工作在不同的状态。

下面通过产生5电平电压的MMC 结构讲述下其具体工作过程。

模块化多电平换流器原理pdf -回复

模块化多电平换流器原理pdf -回复
模块化多电平换流器是一种电力电子装置，用于将直流电转换为交流电。

它由多个模块组成，每个模块都包含一个电容和一个开关器件。

这些模块可以按照需要组合在一起，以产生所需的输出电压和频率。

模块化多电平换流器的原理是利用多个电容和开关器件来产生多个电平的输出电压。

这些电平可以组合在一起，以产生所需的输出电压和频率。

每个模块都包含一个电容和一个开关器件，当开关器件关闭时，电容会充电，当开关器件打开时，电容会放电。

通过控制开关器件的开关时间和频率，可以产生所需的输出电压和频率。

模块化多电平换流器的优点是可以产生高质量的输出电压和频率，同时具有高效率和可靠性。

它可以应用于各种电力电子应用，如电动汽车、太阳能发电系统和工业控制系统等。

在创作方面，可以通过研究模块化多电平换流器的原理和应用，设计和制造自己的模块化多电平换流器。

这需要具备一定的电力电子知识和技能，以及相关的电路设计和制造工具。

同时，还需要进行实验和测试，以验证设计的正确性和可靠性。

这样可以为电力电子领域的发展做出贡献，并为实际应用提供更好的解决方案。

《基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究》范文

《基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究》篇一一、引言随着电力系统的不断发展，柔性直流配电网作为一种新型的配电系统，在电力传输和分配中发挥着越来越重要的作用。

而模块化多电平换流器（MMC）作为柔性直流输电的核心设备，其保护方案的研究对于整个配电网的安全稳定运行至关重要。

本文将就基于MMC的柔性直流配网保护方案进行深入研究，以期为实际工程应用提供理论支持。

二、MMC技术概述MMC技术是一种基于多电平技术的换流器技术，具有较高的电压传输能力、低谐波污染和灵活的控制策略等优点。

MMC 的组成主要由子模块、桥臂和上下两个电桥构成，其中每个子模块包含一个全控型开关器件和一个限流电感。

MMC通过控制子模块的开关状态，实现直流电的传输和分配。

三、柔性直流配电网保护需求分析柔性直流配电网具有高可靠性、高灵活性、低损耗等优点，但同时也面临着诸多挑战，如故障定位、故障隔离、系统保护等问题。

针对这些问题，需要设计一套有效的保护方案，以保障配电网的安全稳定运行。

保护方案需要具备快速性、准确性、可靠性和灵活性等特点。

四、基于MMC的柔性直流配网保护方案设计针对柔性直流配电网的保护需求，本文提出了一种基于MMC的柔性直流配网保护方案。

该方案主要包括以下几个方面：1. 故障检测与定位通过采集MMC各相电压、电流等信号，结合电力电子技术，实时监测配电网的运行状态。

当发生故障时，通过分析故障电流、电压等特征，快速定位故障位置。

2. 故障隔离与恢复一旦检测到故障，保护方案将迅速启动故障隔离策略，通过控制MMC的开关状态，将故障区域与正常区域隔离。

同时，启动恢复策略，尽快恢复非故障区域的供电。

3. 系统保护与协调控制为保证整个配网系统的安全稳定运行，需对系统进行全面保护。

通过设置过流、过压、欠压等保护措施，防止设备损坏。

同时，通过协调控制策略，实现各保护装置之间的配合与联动。

五、方案实施与验证为验证本文所提保护方案的可行性和有效性，可在实际工程中进行应用与验证。