【精彩论文】具有直流故障穿越能力的模块化多电平换流拓扑推演与对比

观点凝练

摘要：直流故障具有影响范围广、故障电流大的特征，已成为制约直流系统发展的重要因素之一。模块化多电平换流器可通过配置双极性子模块实现直流故障穿越，但相比于基于半桥子模块的拓扑，其建造成本与运行损耗均大幅增加。为寻求兼顾硬件成本、运行效率与直流故障穿越能力的模块化多电平换流拓扑，首先通过拓扑抽象定义与模块配置约束，遍历并推导出4大类共13种模块化多电平换流拓扑；进而优选出T型桥臂交替多电平换流器，并提出桥臂移相导通调制，实现其高效功率变换与直流故障穿越的兼顾；最后，计及硬件成本、运行损耗、可靠性与可实现性等维度，对各类具有直流故障穿越能力的拓扑进行了系统性对比，为具有故障穿越能力需求的交直流变换场景提供模块化多电平换流拓扑的选择依据。
结论：本文通过模块化交-直流变换拓扑的桥臂结构抽象，分析各桥臂对半桥子模块、全桥子模块和串联器件等基本单元的配置需求，推导得到了I-MMC、T-MMC、I-AAMC和T-AAMC 系列拓扑族共13种模块化多电平换流拓扑，实现了对已有拓扑的归纳遍历以及对新拓扑的有序推演。从中优选新得到T型AAMC拓扑，提出适应于其结构特征的桥臂移相调制方法，使其具有低硬件成本、高功率密度、宽运行范围的优势，并同时具有直流故障穿越能力。针对4类拓扑中具有直流故障穿越能力的优选拓扑，建立兼顾硬件成本与运行特性的评价体系，对比评估的结论为：混合型I-MMC拓扑具有较好的可靠性与工程可实现性，而半桥型T-AAMC拓扑则在硬件成本与功率密度方面更具优势。

引文信息

范世源, 杨贺雅, 向鑫, 等. 具有直流故障穿越能力的模块化多电平换流拓扑推演与对比[J]. 中国电力, 2021, 54(10): 38-45.FAN Shiyuan, YANG Heya, XIANG Xin, et al. Derivation and comparison of modular multilevel converter topologies with dc fault ride-through capability[J]. Electric Power, 2021, 54(10): 38-45.

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编辑：杨彪

审核：方彤

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