模块化多电平换流器MMC原理简介 ppt课件

Si1
u
di
Si 2
Si3
uoi
Si 4
n 链式串联拓扑结构
功率单元全桥拓扑结构
全桥主回路拓扑结构
每个H桥输出产生SPWM波，基 波成分为：
U1Umsin(t)
N级功率单元串联，最大输出 电压：
UaNUmsin(t)
Sn1
E an
+ －C
Sn3
Sn 2 Sn 4
E ai
Si1 + －C
Si3
S11
pcc isa
vb Rs Ls icb
pcc isb usb
vc Rs Ls icc pcc
isc
usa
NS
usc
Ecn －+C HBcn
ilc ilb ila
Ea2 －+C HBa2
Eb2
+C
－
HBb2
Ec2 －+C HBc2
load
Ea1 －+C HBa1
Eb1 －+C HBb1
Ec1 －+C HBc1
简称。siemens和中国电科院所投运的VSC-HVDC工程均采用此拓扑结 构。现在泛指半桥-模块化-多电平-逆变器。
MMC主回路拓扑结构
三相 10 kV 电网
模块 1AU1
模块 1AU2
模块 1BU1
模块 1BU2
模块 1CU1
模块 1CU2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
模块 1AU20
Larm A
Larm
模块 1AL1
模块 1BU20
具体开关状态如表1所述。 表1 子模块的工作状态
MMC主回路拓扑结构
表1 子模块的工作状态
模式
T1
T2
iSM
USM
状态
1
1
0
>0
UC
投入
投入
2
1
0
<0
UC
3
0
1
>0
0
切除
切除
4
0
1
<0
0
5
0
0
>0
UC
闭锁
闭锁
6
0
0
<0
0
MMC主回路拓扑结构
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
桥臂电感作用 1、交流连接电感 2、抑制相间环流 3、抑制短路电流
Larm
Larm
Udc
a
b
c
Larm
模块 2AL1
Larm
模块 2BL1
模块 2CL1
模块 2AL2
模块 2AL20
模块 2BL2
模块 2BL20
模块 2CL2
模块 2CL20
换流器1
换流器2
三相 10 kV 电网
MMC主回路拓扑结构
技术特点
siemens和中国电科院所投 运的VSC-HVDC工程均采用 此拓扑结构。
2、主回路参数设计
功率模块直流电容
模块电容参数的大小直接决定了电容电压的波动范围。在额定工况下，由于功率模块 直流电容的额定电压为2000 V，按照纹波系数 =5%，则直流电容C应满足：
C PM 4Ia U S cM 4 1
578 4 .6 mF 0 5 0 % 2000
因为本次试验方式受到时序限制，所以设置功率模块直流电容10mF。
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
➢ 电感量越大，电流波形越好控制、并网冲击越小、环流抑制越方便，但是电感 压降越大、成本越高。因为需要更多的功率单元支撑才能发出同等无功功率。 ➢ 电感量越小，柜体体积和成本越低，但是系统稳定性变差。对控制算法提出更 高要求。
通过电科院动模试验，目前已经把桥臂电感量从20mH下降到5mH。实际上在系统 仿真模型中，桥臂电感量可以达到3mH并且系统保持稳定。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
基本原理
US
UL
UC
I
U UC
US
t
I Us UL
Uc UC > US时, I 为容性
US
UL
UC
I
U
US
UC
t
UC UL
I
US
UC < US 时，I 为感性
全桥串联主回路拓扑结构
Sn1 Sn2
Ean －+C
Sn3 Sn4
Ebn
+C
－
HBbn
va Rs Ls ica
MMC变流器原理介绍
基本原理
US
UC
I
U
在电网中，有功功率从相位超前侧流向相位滞后侧，无功功率由电压幅值高侧流向幅 值低侧！
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
Larm
B
Larm
模块 1BL1
模块 1CU20
Larm
C Larm
模块 1CL1
模块 1AL2
模块 1AL20
模块 1BL2
模块 1BL20
模块 1CL2
模块 1CL20
模块 2AU1
模块 2AU2
模块 2BU1
模块 2BU2
模块 2CU1
模块 2CU2
模块 2AU20
模块 2BU20
模块 2CU20
E a1
+ －C
S13
Si 2 Si 4 S12
S14
三角波移相载波原理
uc
ur
u
O t
uo uo
Ud
uof
O
t
-Ud
表示uo的基波分量 单极性PWM调制波形图，单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur 和uc的交点时刻控制IGBT的通断
MMC主回路拓扑结构
什么是MMC? 模块化多电平换流器（modular-multilevel-converter，MMC）的
1）所需开关器件耐压低，对器件的一致性要求低； 2）电平数多，谐波大大降低； 3）开关频率更低，开关损耗更小，系统利用率更高。 4) 很容易实现背靠背结构，能量方便双向流动。 5）无需输出变压器，大大地减小了装置体积和损耗，并且 节约了成本。 6) 模块化的结构使得容量拓展和冗余设计更为容易。
MMC主回路拓扑结构
2、主回路参数设计-减小电容后波形
子模块都是两端元件，通过两个开关单元T1和T2的作用， USM可以同时在两种电流方向的情况下进行电容电压UC 与0之间的切换。一个子模块共有三种开关状态： （1）子模块中上IGBT导通，下IGBT关断，子模块端口 电压等于子模块中电容电压，这样根据电流的方向来决 定电容处于充电或是放电状态，此状态称投入状态。 （2）子模块中上IGBT关断，下IGBT导通，子模块的端 口电压等于0，子模块中电容被旁路，子模块电容电压 保持稳定，此状态称切除状态。 （3）子模块上下IGBT均关断，此状态称闭锁状态，一 般在故障与启动时使用。
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
由于交流侧的三相线电压有效值为10 kV，即相电压有效值为5.77 kV。由于 直流电压为20 kV，则MMC输出的交流相电压有效值最大为7.07 kV。 ±2.5 Mvar,零功率因数运行时，允许电感上的压降最大为 7 .0 7 k V 5 .7 7 k V 1 .3 k V 此时，允许的网侧电感最大值为1.3 kV/(2×50 Hz×π×145A)=28.6 mH。 在初始引进技术资料中取值20mH。