[發明專利]抑制高壓直流傳輸用模塊化多電平換流器中的環流的方法

有效

• 申請號: 201310523210.4
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103986357B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 樸正雨;姜岱旭;金鐘賢;俞東旭;文智虞;權晉秀;金春成;裵得佑
• 申請（專利權）人: 韓國電氣研究院
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 馬景輝

技術領域

本發明涉及一種抑制用于高壓直流傳輸的模塊化多電平換流器中的環流的方法。更具體地，本發明涉及一種抑制用于高壓直流傳輸的模塊化多電平換流器中的環流的方法，所述方法能夠在進一步改善環流抑制特性的同時進一步改善直流線端內的電流流動。

背景技術

一般而言,高壓直流(HVDC)傳輸相比于高壓交流(HVAC)傳輸具有諸如長距離傳輸、異步系統連接、海底線纜用途以及能夠功率控制之類的優點，因此HVDC的應用場合穩步增加。

例如，已知在產能位置和耗能位置之間相隔海洋的情況下或是在產能位置和耗能位置之間的距離大于1000km的情況下，HVDC系統具有比HVAC更低的能量輸送成本。

于是，隨著海洋風力發電（所提出的大量發展的新興可再生能源和長期計劃之一）的商業化規模正變得越來越大，能夠便宜、靈活且可靠地將海洋中生成的電力傳送至陸地的HVDC技術正逐漸引起人們的注意。

除了這些原因之外，出于諸如國際能量貿易（電力貿易）、具有不同電力系統頻率的不同電力系統之間的能力貿易、在能量瓶頸現象歸因于作為人口密集區域的鬧市區的大量能耗而出現時以低成本安裝額外線路之類的各種目的，業已對HVDC技術進行了研究。

HVDC換流器是一種作為HVDC系統核心且被粗略分成電流型換流器和電壓型換流器的設備。本發明涉及電壓型換流器，尤其涉及在電壓型換流器之間具有其中子模塊（SM）串聯堆疊以耐高壓的“模塊化多電平換流器”的HVDC換流器。

圖1是例示了具有模塊化多電平換流器（MMC）的HVDC系統的整體構造的示意圖。組成高壓直流(HVDC)系統的模塊化多電平換流器（MMC-1和MMC-2）3和4根據如下處理傳送能量。頻率和電壓被施加至兩個不同的高壓AC系統1和2以將一個高壓AC系統1的AC能量轉換成DC能量，使用DC線纜將該DC能量進行長距離傳輸，并在隨后將到達的DC能量重新轉換成具有適于另一高壓AC系統2的電壓和頻率的AC能量。

在將AC能量轉換成DC能量時，模塊化多電平換流器能夠通過串聯堆疊多個具有低壓源的子模塊5來生成高壓源，并且反之亦然。

模塊化多電平換流器（MMC）包括總計三個腿，每個腿用于一相。在此，每個腿都包括上臂6a和下臂6b，并且每個臂都包括串聯連接的子模塊5。

圖2是例示了用于HVDC的模塊化多電平換流器的子模塊類型的示意圖。子模塊的例子包括半橋(HB)型子模塊、全橋(FB)型子模塊以及鉗位雙(Clamp Double,CD)型子模塊。大多數商業化的HVDC模塊化多電平換流器使用HB型。

MMC具有如下優點。子模塊單元使用具有低壓規范的IGBT制造，并且MMC通過串聯堆疊子模塊而能對幾百KV的高壓具有耐壓能力。另外，接近基波（正弦波）的波形可以使用多個子模塊形成，而無需單獨的濾波器。能夠獨立執行已知作為電流型換流器限制的有功功率控制和無功功率控制，并且無需一并供應與有功功率控制的傳輸功率的50%相對應的無功功率。另外，還可以在不使用計數器換流器的狀態或信息的情況下可靠控制高DC電壓兩端處的各換流器。

然而，具有模塊化多電平換流器的HVDC換流器也具有電流型換流器中不存在的限制。

換句話說，子模塊中的容量電壓是不一致的。另外，由于上臂和下臂的組合電壓與DC_link（DC鏈路）電壓不同，因此在模塊化多電平換流器的各臂中流動著與相電流的一半相對應的電流以及包括其頻率二倍于系統頻率的AC分量的環流。這一環流僅在多電平換流器內流動，并且已知并非傳輸電能所需的。

如上所述，如果HVDC多電平換流器中的環流增加，則額外流動有在能量轉換中不起作用的無功電流分量，并由此在子模塊中使用的部件的電流規范（IGBT、電容器、SCR和快速開關）變得更高，從而導致材料成本的增加。另外，由于子模塊電壓的波動范圍變得更大，因此子模塊無法得到穩定控制。另外，歸因于其中多個諧波分量被包括在臂電流波形內的信號類型，換流器的損耗增加，使得難以增加換流器的效率。

其后，將在下文描述用于抑制在應用有模塊化多電平換流器的HVDC換流器中生成的環流分量的代表性方法。

在用于HVDC系統的模塊化多電平換流器中，一種針對每個相分離并控制上臂和下臂的方法以及一種平滑子模塊電壓的方法已由Antonios Antonopoulos(2009)大量開發。另外，關于不平衡系統電壓條件，能夠快速有效控制有功功率（或是DC_link恒壓控制）和無功功率的電流控制方法已如圖3所示由Maryam Saeedifard(2010)開發出來。