- 文献综述(或调研报告):
传统的交流输电系统,要从主电路获取电能,只需采用互感原理制作的变压器进行升/降压就可以方便的获取电能。而在直流输电系统中,由于是直流,无法使用变压器来获取电能,只能使用电力-电子转换器来实现功率分接头和电压变化。
传统的直流输电技术是基于晶闸管换流的LCC-HVDC技术,其传送功率大,可以两象限工作,损耗低,安全性能稳定。但是由于采用的是无自关断能力的普通晶闸管换相,容易出现换相失败问题,并且换相依赖电网自然换相点,消耗大量的无功功率[1]。随着直流输电的快速发展,出现了基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)换流的VSC-HVDC技术(柔性直流输电技术)。IGBT具有自关断的性能,换相不依赖电网的自然换相点,功率控制灵活,但在高电压大电流的场合,性能没有LCC-HVDC优越。为了能在高电压大电流的场合应用,同时满足控制灵活性强、可控性高的要求,引入了模块化多电平转换器技术(MMC)。并且,目前对从直流输电通道快速取电的设想就是采用新兴的模块化多电平转换器(MMC)作为高压直流分接头来获取电能。
模块化多电平转换器(MMC)具有模块化、可扩展性、高质量电压波形、高效率、易维护、高可靠性等特点,在高压和中压应用领域引起了广泛的关注[2]。西门子公司率先开发了MMC高压直流输电系统,命名为HVDC-plus(HVDC-Power link universal systems),连接美国匹兹堡和旧金山之间的HVDC系统为世界上首条商业化的HVDC-plus项目。我国首条正式投入商用的基于MMC的HVDC输电工程为中国电力科学研究院和上海市电力公司合作开发建设的南汇风电场柔性输电示范工程[3]。2013年法国和西班牙的400kV互连系统,由两条独立的HVDC链路,每条链路包括两条MMC终端,由于动态性能和功率控制要求,以及系统互连点的交流短路功率,也选择的基于MMC的VSC-HVDC技术[4]。
文献[2]中所提出的串联MMC高压直流分接头的电路配置如图1所示,它的每个相位由两个臂组成,由两个臂电感L连接。每个臂包含N个子模块(SMs),每个SM是一个全桥转换器,包括一个电容器,四个IGBT和一个旁路开关。
MMC的功率单元是典型的两端口单元,具有0、E两种输出电平,通过控制开关T的通断,可以端口输出电压在0、E两种电平之间切换。通过合理的控制策略可以调节功率单元吸收或发出的有功功率或者无功功率[5]。MMC的模块数越多,使得每个单元的输出电平变小,因此组合起来更接近正弦波,波形质量越好[5]。
忽略转换器的功率损耗,在MMC分接头的稳态运行中,吸收的直流电和释放的三相交流电功率应相等[2]:
(1)
式中:表示相位滞后角; 和分别表示输出交流相电压和电流的幅值。公式(1)为设计直流输电通道中的快速取电电路提供了理论指导。
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