MMC型HVDC輸電系統(tǒng)子模塊的設(shè)計

摘要：從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、直流電容參數(shù)選取、IGBT元件選取和熱計算、熱設(shè)計等方面詳細介紹了模塊化多電平換流器(MMC)高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)子模塊(sM)的設(shè)計，介紹了SM技術(shù)設(shè)計基本架構(gòu)、關(guān)鍵元器件參數(shù)計算方法和模塊設(shè)計思路，通過試驗驗證了所述設(shè)計方法的正確性和可靠性。
關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；多電平換流器；子模塊設(shè)計

1 引言
基于電壓源換流器的HVDC輸電技術(shù)具有有功無功獨立控制，能向無源網(wǎng)絡(luò)供電且適用于可再生能源并網(wǎng)、城市電網(wǎng)供電、異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等優(yōu)點。MMC通過標準化、模塊化SM串聯(lián)構(gòu)成換流閥，易于系統(tǒng)擴展，多電平拓撲結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)諧波含量小，開關(guān)損耗低，適用于STATCO M、HVDC輸電、高壓變頻器等應用場合。
這里從MMC型HVDC輸電系統(tǒng)SM技術(shù)設(shè)計入手，詳細介紹了SM的系統(tǒng)架構(gòu)、主電路參數(shù)選擇、熱設(shè)計和SM試驗驗證方法等，為SM的工程技術(shù)實現(xiàn)提供參考。

2 MMC型HVDC系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)
MMC的系統(tǒng)組成及電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，由6個橋臂組成，每個橋臂由多個相同的SM和一個換流電抗串聯(lián)而成，從而構(gòu)成上下對稱的換流結(jié)構(gòu)。為保證總直流電壓穩(wěn)定，每相中處于投入狀態(tài)的SM數(shù)必須維持在n個，通過改變這n個SM在該相上、下橋臂間的分配關(guān)系，得到期望的交流相電壓輸出。

其中1個SM的主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。SM上部IGBT開通，下部IGBT關(guān)斷時，SM電容被接入橋臂，SM投入；SM下部IGBT開通，上部IGBT關(guān)斷時，SM電容從橋臂切除，SM輸出電壓為零，SM退出。通過開關(guān)狀態(tài)的切換，可實現(xiàn)對SM輸出電壓的控制?？焖倥月烽_關(guān)KM，用來快速切除SM故障時的故障SM，從而使換流器能工作于降壓運行狀態(tài)而不會造成斷電。晶閘管V3用于在系統(tǒng)發(fā)生直流側(cè)短路故障時，在交流側(cè)斷路器斷開前分流IGBT模塊反并聯(lián)二極管的電流，降低二極管損壞的機率，提高系統(tǒng)可靠性。