[发明专利]基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术，尤其涉及一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统。

背景技术

柔性直流输电是一种以电压源换流器(VSC)、可控关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型直流输电技术。该直流输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、可向无源网络供电、换流站间无需通讯、易于构成多端直流系统。此外，该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有明显优势。

基于电压源换流器(VSC)的柔性直流输电技术，相比传统的高压直流输电技术，具有控制和运行方式灵活的特点，广泛应用于为城市和远端孤立负荷供电、可再生能源及海上发电并网等场合。

但是，现有柔性直流输电技术，仍存在系统损耗大(即开关损耗较大)，不能控制直流侧故障时的故障电流等问题。柔性直流输电系统中采用了IGBT器件，在触发控制上采用PWM技术，可实现很高的开关频率，换流站的输出电压谐波量也较小，相对于传统的直流输电系统，柔性直流输电换流站安装的滤波装置的容量已经大为减少。但上述柔性直流输电系统，在触发控制技术和进一步降低输出电压谐波含量方面，还有进一步改进的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统，以进一步降低其控制系统的复杂度、提高可靠性和降低输出电压的谐波含量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统，包含模块化多电平换流器MMC电路；所述MMC电路包含由多个子模块与电感器经串联组合成的换流臂。

其中：所述的子模块进一步包括一个IGBT半桥和一个直流电容器。

所述电感器用于控制相间电流，并在故障时为换流器提供保护。

所述MMC的每相拓扑，包含2N个子模块，能输出N+1个电平。

一种基于载波相移PWM调制的MMC控制方法，包括如下步骤：

A、对N个功率单元，利用三角形载波依次移相载波周期T_c＝2π的N分之一，然后与相同的正弦调制波进行比较，产生N组PWM调制波来驱动N个功率单元；

B、将各个功率单元的输出电压相互叠加，产生了多电平换流器的等效PWM输出电压波形。

本发明所提供的基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统，具有以下优点：

采用模块化多电平换流器MMC电路，能够降低控制系统的复杂度、提高可靠性和降低输出电压的谐波含量。采用MMC控制方法，只需要移相各个单元的载波，而调制波不变，因此易于实现。而且采用该控制方法不会增加输出电压的谐波分量。经四电平MMC仿真实验证明，结果证明该调制方法是正确的。

附图说明

图1为现有柔性直流输电系统单线原理示意图；

图2为本发明实施例中采用的模块化多电平换流器(MMC)组成电路的拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例的整流器控制系统的原理示意图；

图4为本发明实施例的逆变器控制系统的原理示意图；

图5为逆变器侧的线电压(交流、标幺值)；

图6为逆变器侧的相电压(交流、标幺值)；

图7为逆变器侧的线电压谐波频谱；

图8为逆变器侧的相电压谐波频谱；

图9为逆变侧的相电压(交流、标幺值)；

图10为逆变侧的线电压(交流、标幺值)。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统作进一步详细的说明。

图1为现有柔性直流输电系统单线原理示意图。其中，两端的换流站均采用电压源换流器(VSC)结构、换流变压器、换流电抗器、直流电容器和输电电缆等部分组成。

图2为本发明实施例中采用的模块化多电平换流器(MMC)组成电路的拓扑结构示意图。电压源换流器采用模块化多电平换流器(MMC)，由于其具有控制系统简单、可靠性高、谐波含量低等多种优点，因而具有广泛的应用前景。