模块化多电平换流器(MMC)原理简介说课讲解.ppt

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1、MMC变流器原理介绍基本原理在电网中，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！UIUCUS链式串联拓扑结构功率单元全桥拓扑结构全桥串联主回路拓扑结构每个H桥输出产生SPWM波，基波成分为：N级功率单元串联，最大输出电压：全桥主回路拓扑结构表示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的通断三角波移相载波原理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）的简称。siemens和中国电科院所投运的VSC-HVDC工程均采用

2、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MMC主回路拓扑结构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。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。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

3、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。MMC主回路拓扑结构模式T1T2iSMUSM状态110>0UC投入投入210<0UC301>00切除切除401<00500>0UC闭锁闭锁600<00具体开关状态如表1所述。表1子模块的工作状态表1子模块的工作状态MMC主回路拓扑

4、结构MMC主回路拓扑结构桥臂电感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10kV，即相电压有效值为5.77kV。由于直流电压为20kV，则MMC输出的交流相电压有效值最大为7.07kV。±2.5Mvar,零功率因数运行时，允许电感上的压降最大为此时，允许的网侧电感最大值为1.3kV/(2×50Hz×π×145A)=28.6mH。在初始引进技术资料中取值20mH。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

5、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。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2000V，按照纹波系数=5%，则直流电容C应满足：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2、主回路参数设计-减小电容后波形2、主回路参数设计-增加电容后波形目前的控制

6、方法，能够满足：1、在1-50Hz变频工况，功率单元按照30uf/A电容设置，装置保持稳定2、在50Hz定频工况，功率单元按照15uf/A电容设置，装置保持稳定如果控制方式能够达到在1-50Hz变频工况，功率单元按照10uf/A电容设置，装置保持稳定。那么就可以考虑功率单元按照薄膜电容代替电解电容。2、主回路参数设计4、MMC控制策略【总体控制功能设计】外环控制器：换流器1作为从站，换流器2作为主站，高压直流电压（额定极间电压20kV）由换流器1从站负责控制，两站之间的有功功率可以反转，两站各自的无功功率控制相互独立。换流器1为直流电压环+无功功率给定；换流器2为有功功率给定+无功功率

7、给定；5、MMC功率模块均压控制每个MMC换流器的功率模块电压的分别进行均衡控制，6个桥臂相互之间没有影响。在一个控制周期内，则根据桥臂电流的方向确定此桥臂功率模块的投入/切除状态：（a）若桥臂电流为投入的模块电容充电，则功率模块按照电容电压从低到高的顺序排列，最低的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。（b）若桥臂电流为投入的模块电容放电，则功率模块按照电容电压从高到低的顺序排列，最高的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。柔性直流输电3