【《MMC型换流器的基本工作原理概述》2100字】

MMC型换流器的基本工作原理概述MMC型换流器的基本结构MMC具有高度模块化的特点，如图2-1为三相MMC型换流器主回路拓扑图，图中，R为桥臂等效电阻，桥臂电抗器L与N个子模块(Sub-Module，SM)串联构成一个桥臂，每一相的两个桥臂组成一个相单元。图2-1三相MMC型换流器主回路拓扑图其中，每个子模块由2个开关器件和2个反并联二极管组成，2个开关器件分别用和代表，2个反并联二极管用和表示，代表直流侧电容。每个子模块可看为一个二端网络，两个端子用于接入主电路拓扑。每个子模块有三种工作状态可供选择，每种工作状态又可划分为2种模式，电流流入子模块为一种模式，电流流出子模块为另一种模式，如表2.1所示。表2.1子模块的工作状态工作状态电流流入子模块电流流出子模块工作状态1(闭锁状态)模式1模式1模式4模式4工作状态2(投入状态)模式2模式2模式5模式5工作状态3(切除状态)模式3模式3模式6模式6工作状态12个开关器件都关断，为工作状态1。此时开关器件未投入，因而，该状态也又叫闭锁状态。当电流流入子模块时为模式1,此时，电流由A途径VD1再经过到达B，MMC启动向子模块电容充电时常用此状态；当电流从子模块流出时为模式2，此时电流由A流经VD2直接到达B，故障时将子模块电容旁路时即为此状态。工作状态2给V1加正触发脉冲，而给V2加负触发脉冲，称为工作状态2。由于此时在两种模式下均被接入主电路，子模块可向直流侧提供电容器电压，因此，此状态也称为投入状态。当电流流入子模块时为模式2，此时电流由A途径VD1再经过到达B给电容充电；当电流从子模块流出时为模式5，此时电流从A流经VD2直接到达B,实现电容放电。工作状态3给V2施加正触发脉冲，而给V1加负触发脉冲，称为工作状态3。这时子模块电容始终没有接入电路，因此，该状态也叫切除状态。当电流从子模块流入时为模式3，当电流从子模块流出时为模式6，两种模式下分别让VD2和V2旁路。对上述分析进行总结可得到表2.2。由表可得，对于任何一种工作模式，只有一个管子处于导通状态。也就是说，SM在稳态下只有一个管子处于导通状态。由此表还可知，可通过控制SM上下两个开关器件的通断来投切该SM。这就使采用SM级联的方式构成的MMC，可以通过更改每个桥臂中投入的SM数目，即让每个的SM处于不同的工作状态，近而灵活实现不同功率和电压等级的需求。表2.2SM的6种工作模式汇总表状态模式V1V2VD1VD2电流方向C0状态闭锁10010A→BC0充电40001B→A0旁路投入21000A→BC0充电50010B→AC0放电切除30100A→B0旁路60001B→A0旁路三相MMC工作原理MMC作为连接直流端和交流端的换流器，其必须同时达到直流侧电压恒定和输出三相正弦交流电的要求，以五电平MMC的SM投入状态为例来说明三相MMC的运行原理经行说明。图2-2五电平MMC工作原理图2-2为五电平MMC的运行原理图，用O表示直流侧中点，其电势用表示，则为；相单元的上下两个桥臂电压分别用和表示（j=a,b,c表示A，B，C三相），桥臂中点j的电势用表示，则即为。维持直流电压恒定。由KVL可知： （2-1）所以，只要保证任何时候都有： （2-2）即任何时刻每个相单元投入的SM数都相等即可保证直流电压恒定。输出三相正弦交流电压。交流测电压以直流侧中点O为参考点，即交流侧三相正弦电压表达式为： （2-3）采取均压控制使得每个子模块电容电压维持均衡都为，且应满足则，此时。不思量桥臂具有赘余子模块时，3个相单元都各含有2N个子模块，上下桥臂各为个，假设上桥臂投入子模块数为，下桥臂为，则每个相单元共投入的子模块数为： （2-4）则M的取值可为从0-N的所有整数，也就有从共（N+1）个值，由式（2-3）可得，输出的共有（N+1）个电平数，得到的电平由低到高分别为：。兼顾上述两个条件，针对五电平MMC，一个工频周期内以输出A相交流电压为例需经历8个阶段，各个阶段内子模块上下桥臂导通的子模块数量变化情况见表2.3所示。表2.3五电平MMC上下桥臂子模块投入数量及其输出交流电平值时间段ABCDEFGHua电压值00上桥臂投入子模块数21012343上桥臂投入子模块数23432101相单元投入子模块数44444444直流侧电压UdcUdcUdcUdcUdcUdcUdcUdc由上述可得出，当每个桥臂的子模块数目很大时，获得的交流侧输出波形非常优质，很接近正弦波，不需要再安装滤波器，这样就节省了占地面积，且有助于集成，这也是MMC型换流器相较于LCC型换流器的一个优点。最近电平调制原理换流器的开通和关断的控制方法即为其调制方式，MMC通常需要串联几十个甚至更多子模块以满足其高压大功率的要求，因此常采用阶梯波调制方式。阶梯波调制方式有特定谐波消去阶梯波调制和电压逼近调制两种，其中电压逼近调制又包含空间矢量控制(spacevectorcontrol，SVC)和NLM，各个方法的优缺点如图2-3所示，此处主要介绍适用于多电平场合的NLM。图2-3MMC各个调制方式优缺点图用表示相调制波瞬时值，用代表子模块的直流电压平均值，仍设各个相单元含有的子模块数都为，则为了使换流站交流侧出口电压与调制电压匹配，对式（2-3）经行移向处理再除以并取整可得MMC控制上下桥臂投入子模块数目应满足式（2-5）： （2-5）式中，round(x)表示取与x最接近的整数。由式（2-5）可得，NLM可实现无论为何值，通过对其与的比值进行取整，而让输出电