大规模多节点模块化多电平柔性直流输电换流阀控制周期优化设计方法.pdf

电力自动化设备 V01．35No．1 PowerAutomation 固≮言篙宁 Electric Equipment Jan．2015 大规模多节点模块化多电平柔性直流输电换流阀 控制周期优化设计方法 韩 坤1，吴金龙2，刘欣和2，张建1，姚为正3 (1．许继电气股份有限公司，河南许昌461000；2．西安许继电力电子技术有限公司，陕西西安710000； 3．许继集团有限公司．河南许昌461000) 摘要：提出了换流阀控制周期的优化设计方法。基于模块化多电平换流器(MMC)的工作原理、控制架构和 调制方式．提出影响换流阀控制性能的3个关键指标．分别为换流阀输出电平数、直流电压波动、阀解锁初始 电流冲击：理论分析了其对换流阀控制周期的定量约束．并通过仿真与试验验证了理论分析的正确性，最后得 出同时满足这3个指标的最大控制周期作为换流阀控制周期的最优设计值．并给出了工程应用算例。 关键词：直流输电；柔性直流输电；多节点；模块化多电平换流器；换流阀；控制；优化；设计 721．1 中图分类号：TM 文献标识码：A 0引言 选取原则．给出换流阀的2个临界控制周期与电平数 的数学关系．但未给出位于2个临界周期之间的控制 基于模块化多电平换流器MMC(ModularMulti— 周期与电平数的关系．且仅限于电平数选取原则的阐 levelConverter)的柔性直流输电技术．以模块化程 述；文献『6．11]主要涉及换流阀子模块数的优化设 度高、开关损耗低、易于容量扩展和提高电压等级等 计、桥臂环流机理分析及控制，以及桥臂子模块电容 独特的优势日益成为世界范围内研究热点并不断加 电压的平衡控制等．虽关系到阀控设备的核心算法的 快产业化进程[1-41。随着电力电子器件和控制技术 优化设计．但均未涉及换流阀控制周期的研究。 的发展．为进一步降低系统成本和工程造价．优化柔 本文基于MMC换流阀控制原理和调制方式．提 性直流输电系统配置并提高技术竞争力．高电压大容 出从与换流阀控制保护性能密切相关的3个关键指 量已成为柔性直流输电技术发展的迫切需求。 标(换流阀电平数、直流电压波动限制、换流阀解锁 MMC高压柔性直流电压等级的提升．受限于功 交流电流冲击限制)综合优化设计换流阀控制周期的 率器件的电压耐受能力．需要更多的子模块串联构成 方法．为大规模多节点MMC柔性直流输电阀控设备 换流阀。因每一个子模块均为独立的控制节点，换 的软硬件优化设计奠定了理论基础。 流阀控制设备(以下简称阀控设备)不得不面I临更大 规模节点控制．特别是在换流器输出较高电平数时． 1 MMC工作原理 需要较短的控制周期．并且需在微秒级甚至更短的控 MMC主电路拓扑如图1所示．每个桥臂由n个 制周期内同时完成大规模节点的同步触发、高速通信、 脉冲分配以及子模块电压的均衡控制等核心功能．