MMC子模塊拓?fù)渌阉鞣椒捌渲绷鞴收洗┰侥芰Χ吭u(píng)估

趙鵬豪，許建中，趙成勇，徐 瑩

(華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

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MMC子模塊拓?fù)渌阉鞣椒捌渲绷鞴收洗┰侥芰Χ吭u(píng)估

趙鵬豪，許建中，趙成勇，徐 瑩

(華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的子模塊類型包括半橋、全橋和雙鉗位子模塊在內(nèi)的多種常見(jiàn)拓?fù)?，并且隨著研究的深入新型子模塊拓?fù)湓诓粩嘤楷F(xiàn)。提出了一種MMC子模塊拓?fù)渌阉鞣椒ǎ梢詮睦碚撋献C明已有子模塊拓?fù)涞奈ㄒ恍?，進(jìn)而重點(diǎn)研究了由搜索所得子模塊拓?fù)浣M合而成的一種混合MMC結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為了精確評(píng)估MMC的直流故障穿越能力，提出了直流故障阻斷能力指標(biāo)(DC Fault Blocking Capability Index，DFBCI)，可以對(duì)已有MMC拓?fù)湟约盎旌螹MC拓?fù)涞闹绷鞴收洗┰侥芰M(jìn)行定量對(duì)比，進(jìn)而驗(yàn)證了所推薦拓?fù)涞慕?jīng)濟(jì)性和有效性。最后在PSCAD/EMTDC環(huán)境下搭建了雙端MMC-HVDC系統(tǒng)模型，用以驗(yàn)證DFBCI指標(biāo)的有效性。

模塊化多電平換流器；子模塊拓?fù)?；搜索方法；直流故障穿越能力；定量評(píng)估

0 引 言

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)由德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)的R. Marquardt和A. Lesnicar于2003年首次提出[1]。與兩電平、三電平電壓源換流器(Voltage Source Converter，VSC)相比，MMC具有波形質(zhì)量高、易于擴(kuò)展到較高的電壓和功率等級(jí)、損耗低等優(yōu)點(diǎn)[2-8]，因此受到了學(xué)術(shù)和工程界的極大關(guān)注，在柔性直流輸電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

MMC的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有許多種，已知的有半橋子模塊拓?fù)?Half Bridge Sub-module，HBSM)拓?fù)?，全橋子模塊(Full Bridge Sub-module，F(xiàn)BSM)拓?fù)鋄9]，雙箝位子模塊(Clamp Double Sub-module，CDSM)拓?fù)鋄10]，改進(jìn)復(fù)合子模塊(Improved Hybrid Sub-module，IHSM)拓?fù)鋄11]，單箝位子模塊(Clamp Single Sub-module，CSSM)拓?fù)鋄12]等。不同類型的子模塊所含器件數(shù)目不同，閉鎖后子模塊中的電流通路也不相同，據(jù)此，本文提出一種子模塊拓?fù)渌阉鞣椒?，從閉鎖后子模塊中電流通路出發(fā)，以子模塊中的節(jié)點(diǎn)數(shù)和電容數(shù)為初始條件，搜索滿足約束條件的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

針對(duì)MMC-HVDC系統(tǒng)最嚴(yán)重的雙極直流短路故障，目前主要有三種應(yīng)對(duì)措施[13,14]，其保護(hù)配置方案如圖1所示。

圖 1 MMC-HVDC系統(tǒng)示意圖Fig.1 System diagram of MMC-HVDC

方案1：利用交流斷路器切斷交、直流系統(tǒng)之間的連接，從而隔離故障。該方案穩(wěn)定可靠，但無(wú)法快速清除直流短路故障，且重啟時(shí)動(dòng)作配合時(shí)序復(fù)雜，極大延緩了系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間[15]。

方案2：利用具備直流故障電流切斷能力的換流器。該方法清除故障快、無(wú)需機(jī)械開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)恢復(fù)迅速，適合遠(yuǎn)距離架空線直流輸電系統(tǒng)。

方案3：利用直流斷路器。國(guó)內(nèi)外很多公司和科研單位在直流斷路器方面開(kāi)展了很多研究工作。但由于滅弧困難、能量不易耗散、造價(jià)昂貴等原因，目前不具備商業(yè)化應(yīng)用條件。

因而使用具備直流故障自切斷能力電壓源換流器是目前技術(shù)條件下的最優(yōu)方案。主要包括具備直流故障穿越能力的MMC拓?fù)湟约敖Y(jié)合兩電平電壓源換流器和MMC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的混合多電平換流器(hybrid multi-level converter，HMC)[16]。其中，MMC拓?fù)洳捎镁哂兄绷鞴收想娏黧槲荒芰Φ淖幽K拓?fù)?，包括HBSM、CDSM等。而HMC拓?fù)浒ɑ旌霞?jí)聯(lián)多電平換流器(Hybrid Cascaded Multilevel Converter，HCMC)和橋臂交替導(dǎo)通換流器(Alternate Arm Converter，AAC)。但HCMC和AAMC具有控制策略較為復(fù)雜及整形電路中大量懸浮電容電壓平衡較困難等問(wèn)題[3]，所以目前尚未在工程中得到應(yīng)用。

采用FBSM、CDSM或CSSM的MMC(分別稱為FB-MMC、CD-MMC和CS-MMC)具備直流故障穿越能力，但所需開(kāi)關(guān)器件數(shù)目較多?；旌螹MC兼顧了經(jīng)濟(jì)性和直流故障穿越能力，因而也是一種合理的選擇。

目前尚無(wú)合理的技術(shù)指標(biāo)對(duì)MMC的直流故障穿越能力進(jìn)行定量評(píng)估，尤其對(duì)于混合MMC，其直流故障穿越能力與其中不同類型子模塊拓?fù)涞臄?shù)目比例密切相關(guān)。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了一個(gè)指標(biāo)用于對(duì)MMC的直流故障穿越能力進(jìn)行定量評(píng)估，該指標(biāo)具有較明顯的物理意義，且可以適用于任何類型的MMC。

1 MMC子模塊拓?fù)渌阉鞣椒?/h2>

MMC子模塊拓?fù)溆性S多種，常見(jiàn)的有HBSM、FBSM和CDSM，每種子模塊拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)數(shù)不同，所含電容數(shù)目也不同。

本文提出一種子模塊拓?fù)渌阉鞣椒?，從閉鎖后子模塊中的電流通路出發(fā)搜索滿足約束條件的子模塊拓?fù)漕愋汀ｉ]鎖后，可暫不考慮IGBT的作用，子模塊中僅包含二極管和電容，若假設(shè)電容位于某兩個(gè)確定的節(jié)點(diǎn)之間，則任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接方式僅有三種，即正向二極管、反向二極管、無(wú)連接。(例如圖3中節(jié)點(diǎn)1和3之間，連接方式為：a.節(jié)點(diǎn)1連接二極管正極，節(jié)點(diǎn)3連接二極管負(fù)極；b.節(jié)點(diǎn)1連接二極管負(fù)極，節(jié)點(diǎn)3連接二極管正極；c.節(jié)點(diǎn)1和3之間無(wú)連接)。搜索過(guò)程如圖2所示。

圖2 子模塊拓?fù)渌阉鬟^(guò)程流程圖Fig.2 Flow chart of searching sub-modules

以4個(gè)節(jié)點(diǎn)，1個(gè)電容為例對(duì)圖2進(jìn)行說(shuō)明。首先建立4×4的矩陣A，假設(shè)節(jié)點(diǎn)1和4是子模塊的電氣端口，電容位于節(jié)點(diǎn)2和3之間，節(jié)點(diǎn)2連接電容正極，則矩陣A如下所示：

公式(1)中，矩陣中的元素表示節(jié)點(diǎn)之間的連接方式。例如A(1,3)表示節(jié)點(diǎn)1和3之間的連接方式。對(duì)角線元素為空，以“X”表示，節(jié)點(diǎn)2和3之間為電容，為了便于編程搜索，以100表示?！?？”表示節(jié)點(diǎn)之間連接方式未知，有三種情況：正向二極管(以0.01表示)、反向二極管(以-0.01表示)、無(wú)連接(以0表示)。則矩陣A為反對(duì)稱矩陣。搜索時(shí)，分為正、反兩種方向。正向搜索過(guò)程為：從節(jié)點(diǎn)1出發(fā)(從矩陣的第1行開(kāi)始搜索)，如遇到正元素，則轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的行，直至搜索至第4行，若滿足約束條件，則進(jìn)行反向搜索，否則改變矩陣中的連接方式，進(jìn)行下一次搜索。反向搜索過(guò)程為：從節(jié)點(diǎn)4出發(fā)(從矩陣的第4行開(kāi)始搜索)，如遇到正元素，則轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的行，直至搜索至第1行，若滿足約束條件，則記錄節(jié)點(diǎn)之間的連接方式，然后進(jìn)行下一次搜索，否則直接進(jìn)行下一次搜索。所謂的約束條件為：正向搜索過(guò)程中從電容正極進(jìn)入和反向搜索過(guò)程中從電容正極進(jìn)入。改變電容的位置，可能得到不同的結(jié)果。

最終的搜索結(jié)果為節(jié)點(diǎn)之間的連接方式，只包含電容和二極管。當(dāng)初始條件為3個(gè)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)電容，約束條件為正、負(fù)電流方向下均正向通過(guò)電容時(shí)，無(wú)滿足約束條件的搜索結(jié)果，若約束條件改為正電流方向下正向通過(guò)電容，負(fù)電流方向下不通過(guò)電容，則搜索結(jié)果如圖3(a)所示。當(dāng)初始條件為4個(gè)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)電容，約束條件為正、負(fù)電流方向下均正向通過(guò)電容時(shí)，搜索結(jié)果如圖3(b)所示。

圖3 搜索結(jié)果Fig.3 Search results

子模塊的IGBT總是與二極管反并聯(lián)，因此可以在搜索結(jié)果的基礎(chǔ)上添加IGBT，采用窮舉法可以得到滿足約束條件的子模塊拓?fù)?由于滿足約束條件的搜索結(jié)果通常很少，因此可采用窮舉法)。最終得到子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：

(1)在3個(gè)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)電容的初始條件下，可以得到HBSM；

(2)在4個(gè)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)電容的初始條件下，可以得到FBSM和CSSM。

三種子模塊拓?fù)淙鐖D3所示。圖中T表示絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，D表示二極管。其中圖3(a)中兩種子模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本質(zhì)相同，均為HBSM。

圖4 子模塊拓?fù)渌阉鹘Y(jié)果Fig.4 Search results of sub-modules

而通過(guò)連接含1個(gè)電容的子模塊，可以得到含2個(gè)電容的子模塊拓?fù)洹?個(gè)HBSM之間的連接可以得到CDSM和IHSM，其中CDSM即為圖4(a)中兩個(gè)HBSM以一定的連接方式得到，IHSM還可以通過(guò)HBSM和CSSM之間的連接得到，如圖5所示。

圖5 CDSM和IHSMFig.5 CDSM and IHSM

2 混合MMC

MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示，包括三個(gè)對(duì)稱的相單元，每個(gè)相單元由上、下兩個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂包括N個(gè)子模塊和一個(gè)橋臂電抗器L0。

圖 6 MMC拓?fù)涫疽鈭DFig.6 System diagram of MMC

混合MMC一般由兩種子模塊組成，其中一種為HBSM，另一種子模塊拓?fù)渚邆渲绷鞴收想娏黧槲荒芰Αｋm然HBSM不具備直流故障電流箝位能力，但其所需器件數(shù)目較少，經(jīng)濟(jì)性高，因此混合MMC可以兼顧經(jīng)濟(jì)性與直流故障穿越能力。本文以HBSM和CSSM組成的混合MMC為例分析混合MMC。閉鎖狀態(tài)下，兩種子模塊拓?fù)渲械碾娏魍啡鐖D7所示。

圖 7 子模塊中電流通路Fig.7 Current path of sub-modules

換流器發(fā)生直流短路故障之后，在閉鎖換流器前，故障電流由子模塊電容放電電流和交流饋入電流組成，其中子模塊電容放電為主要組成部分[17]。以HBSM為例，電容正極板在上，電容通過(guò)T1放電，則子模塊中的電流自下端口流入，上端口流出，因此橋臂中電流方向?yàn)樽韵露?。換流器閉鎖后，橋臂中的電流方向仍保持不變。故只有在此方向下(即子模塊中電流從下端口流入，上端口流出)能夠提供反向箝位電壓的子模塊拓?fù)洳啪邆渲绷鞴收想娏黧槲荒芰Α＝Y(jié)合圖7可知，HBSM和CSSM兩種子模塊拓?fù)渲校挥蠧SSM具備直流故障電流箝位能力。

混合MMC的直流故障穿越能力與HBSM和CSSM的數(shù)目比例密切相關(guān)。因此為了保證混合MMC的直流故障穿越能力，需要對(duì)橋臂中HBSM和CSSM的數(shù)目比例進(jìn)行限制。假設(shè)混合MMC的每個(gè)橋臂中有N個(gè)子模塊，HBSM和CSSM的數(shù)目分別為NH和NC。換流器閉鎖后，故障電流在不同相的上、下橋臂之間流動(dòng)，如圖6中紅色線條所示。由圖7可知，在故障電流方向下，HBSM不提供反向箝位電壓，每個(gè)CSSM提供的反向箝位直流電壓為UC(忽略故障期間子模塊電容的充放電過(guò)程，UC為子模塊電容電壓)，則為了保證在任意時(shí)刻閉鎖換流器均能可靠實(shí)現(xiàn)直流故障穿越，NC需滿足如下條件：

公式(2)中，ULm為交流線電壓峰值。ULm，交流相電壓峰值Upm，直流電壓Udc，調(diào)制比M，以及電容電壓UC之間存在如下數(shù)學(xué)關(guān)系：

結(jié)合公式(2)和(3)，可以得到每個(gè)橋臂中NCS所占的數(shù)目比例，如公式(4)所示：

公式(4)是為了保證混合MMC的直流故障穿越能力所需的CSSM數(shù)目的比例。特別地，當(dāng)M=1時(shí)，橋臂中NC的最小比例約為0.433。當(dāng)NC的比例大于0.433時(shí)，能保證在任意調(diào)制比及任意閉鎖時(shí)間情況下，混合MMC均能通過(guò)閉鎖可靠穿越直流故障。

3 直流故障穿越能力指標(biāo)

FBSM、CDSM、CSSM具備直流故障電流箝位能力，但并無(wú)合理的指標(biāo)對(duì)MMC的直流故障穿越能力進(jìn)行定量評(píng)估。尤其對(duì)于混合MMC，其直流故障穿越能力與HBSM和CSSM的數(shù)目比例密切相關(guān)。為此，本文提出直流故障阻斷能力指標(biāo)(DC Fault Blocking Capability Index，DFBCI)，用以對(duì)MMC的直流故障穿越能力進(jìn)行定量評(píng)估。該指標(biāo)以具有較強(qiáng)直流故障穿越能力的MMC為基準(zhǔn)，計(jì)算電流平方對(duì)時(shí)間的積分。本文中以FB-MMC作為基準(zhǔn)。

DFBCI的定義如公式(5)所示，詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)圖8。

圖8 DFBCI的計(jì)算原理圖Fig.8 Schematic diagram of calculating DFBCI

在公式(5)和圖8中，這些符號(hào)被定義如下：

Idc：線路直流電流；

Idc_FB：FB-MMC系統(tǒng)的直流電流；

tF：直流故障發(fā)生時(shí)刻；

tB：MMC閉鎖時(shí)刻，它主要取決于測(cè)量系統(tǒng)的延時(shí)以及保護(hù)裝置的反應(yīng)時(shí)間，在本文中tB=tF+2 ms；

tZ：FB-MMC系統(tǒng)的直流電流減小至0的時(shí)刻。

DFBCI指標(biāo)計(jì)算電流的平方對(duì)時(shí)間的積分，可以反映故障電流的熱效應(yīng)(分子和分母中，電阻相同可以約去)。而器件過(guò)熱是導(dǎo)致MMC中器件損壞的一個(gè)主要原因，因此，該指標(biāo)具有一定的物理意義和工程參考價(jià)值。DFBCI指標(biāo)以FB-MMC的直流故障穿越能力為基準(zhǔn)，由于其他類型的MMC的直流故障穿越能力均不超過(guò)FB-MMC，根據(jù)公式(5)可知其他類型的子模塊的DFBCI均不超過(guò)1。

DFBCI指標(biāo)的計(jì)算利用仿真軟件的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值積分得到，該指標(biāo)能夠適用于基于任何子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MMC及混合MMC。混合MMC的DFBCI計(jì)算結(jié)果隨著HBSM和CSSM數(shù)目比例的不同而變化。

4 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證基于不同子模塊拓?fù)涞闹绷鞴收洗┰侥芰?，在PSCAD/EMTDC環(huán)境下搭建了雙端21電平的MMC-HVDC系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

仿真中，為了排除其他系統(tǒng)參數(shù)的影響，基于不同子模塊的MMC-HVDC系統(tǒng)參數(shù)均相同，而只有子模塊類型不同。設(shè)置在t=1.5 s發(fā)生直流雙極短路故障，故障后2 ms閉鎖換流器。HB-MMC、FB-MMC、CD-MMC和CS-MMC的仿真結(jié)果如圖9所示。

表1 系統(tǒng)參數(shù)

圖9 電流波形Fig.9 Current waveforms

圖9(a)為線路直流電流，可見(jiàn)閉鎖換流器后HB-MMC無(wú)法切斷直流故障電流，而FB-MMC、CS-MMC在閉鎖后，直流電流迅速衰減為0，CD-MMC切斷故障電流的速度較慢。圖9(b)為交流側(cè)電流(以A相為例)，除HB-MMC之外，其他三種MMC均可以通過(guò)閉鎖換流器而阻斷交流饋入電流。圖9(c)為橋臂電流(以A相上橋臂為例)，只有HB-MMC在閉鎖后有故障電流持續(xù)通過(guò)。換流器閉鎖后，交流側(cè)饋入電流為故障電流的主要成分，從圖9可知，除HB-MMC之外，其他三種MMC在閉鎖后均可以切斷交流側(cè)饋入電流，從而橋臂電流和線路直流電流均很快衰減至0，即實(shí)現(xiàn)了直流故障穿越。仿真結(jié)果與理論分析一致。

圖9定性展現(xiàn)了HB-MMC、FB-MMC、CD-MMC和CS-MMC在閉鎖后切斷直流電流的速度，為了更直觀地對(duì)比四種MMC的直流故障穿越能力，計(jì)算其DFBCI指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 DFBCI的計(jì)算結(jié)果

由表2可知，由于以FB-MMC的直流故障穿越能力為基準(zhǔn)，因此其DFBCI指標(biāo)為1，HB-MMC無(wú)法穿越直流故障，因此其DFBCI指標(biāo)很小，約為0.283，CD-MMC的直流故障穿越能力較弱，其DFBCI指標(biāo)約為0.509，約為FB-MMC的一半，CS-MMC的DFBCI指標(biāo)約為1，具有與FB-MMC相同的直流故障穿越能力?？梢缘贸鋈缦陆Y(jié)論：在本文的仿真條件下，當(dāng)MMC的DFBCI≤0.283時(shí)，無(wú)法穿越直流短路故障，當(dāng)MMC的DFBCI≥0.509時(shí)，一定可以實(shí)現(xiàn)直流故障穿越。

對(duì)于本文中所分析的由HBSM和CSSM所組成的混合MMC，其直流故障穿越能力與兩種子模塊拓?fù)涞臄?shù)目比例密切相關(guān)。當(dāng)CSSM的數(shù)目比例為0時(shí)，混合MMC變?yōu)镠B-MMC，當(dāng)CSSM的數(shù)目比例為100%時(shí)，混合MMC變?yōu)镃S-MMC，當(dāng)CSSM的數(shù)目比例為50%時(shí)，換流器閉鎖后每個(gè)橋臂所提供的反向箝位電壓為NUC/2，其直流故障穿越能力與CD-MMC相近。例如，當(dāng)CSSM與HBSM數(shù)目比例為1:1時(shí)，混合MMC與CD-MMC的仿真結(jié)果對(duì)比如圖10所示。

圖10 混合MMC與CD-MMC的電流波形Fig.10 Current waveforms of hybrid MMC and CD-MMC

由圖10可知，兩種MMC在閉鎖后均能切斷直流故障電流，且二者直流電流波形曲線基本重合，而此時(shí)DFBCI的計(jì)算結(jié)果為：混合MMC約為0.515，CD-MMC0約為0.509，二者數(shù)值大小接近，表明其直流故障穿越能力基本相同。

在HBSM和CSSM的數(shù)目比例不同情況下，混合MMC的仿真結(jié)果如圖11所示。

圖11 混合MMC的電流波形Fig.11 Current waveforms of hybrid MMC

由圖10可知，隨著CSSM數(shù)目比例的增大，混合MMC切斷電流的速度加快，直流故障穿越能力變強(qiáng)。在本文的仿真條件下，當(dāng)每個(gè)橋臂中CSSM和HBSM的數(shù)目分別為4和16時(shí)，通過(guò)閉鎖換流器無(wú)法切斷直流電流，即當(dāng)CSSM的數(shù)目過(guò)少時(shí)，混合MMC不再具備直流故障穿越能力。

當(dāng)CSSM的數(shù)目增多時(shí)，混合MMC的直流故障穿越能力增強(qiáng)，則DFBCI也隨之增大。混合MMC的DFBCI部分計(jì)算結(jié)果如表3所示。其中第1列為HBSM和CSSM的數(shù)目比例。

表3 混合MMC的DFBCI計(jì)算結(jié)果

DFBCI隨著混合MMC中CSSM數(shù)目比例的變化趨勢(shì)如圖12所示。

圖12 DFBCI的曲線Fig.12 Curve of DFBCI

圖11中，橫坐標(biāo)為橋臂中CSSM的數(shù)目比例，即NC/N，可以看出，DFRTI隨著NC/N的增大而增大，即混合MMC的直流故障穿越能力增強(qiáng)。值得注意的是，隨著混合MMC中CSSM數(shù)目的增多，其所需的器件數(shù)目也會(huì)隨之增加，造價(jià)升高，因而在實(shí)際中因結(jié)合故障穿越能力和經(jīng)濟(jì)因素選擇合適的數(shù)目比例。

5 結(jié) 論

本文提出了MMC子模塊拓?fù)渌阉鞣椒?，以MMC子模塊中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目和電容數(shù)目為初始條件，從MMC閉鎖后子模塊中的電流通路出發(fā)，設(shè)置約束條件，篩選得到子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。借助MATLAB等數(shù)學(xué)工具，可以篩選得到半橋子模塊、全橋子模塊以及單箝位子模塊。而雙箝位子模塊等包含兩個(gè)電容的子模塊拓?fù)漕愋涂梢酝ㄟ^(guò)兩個(gè)HBSM以一定的方式連接得到。

本文提出了直流故障阻斷能力指標(biāo)(DC Fault Blocking Capability Index，DFBCI)用以對(duì)不同MMC的直流故障穿越能力進(jìn)行定量評(píng)估。該指標(biāo)具有較為明確的物理意義，且可以適用于任何類型的MMC，包括混合MMC結(jié)構(gòu)。當(dāng)MMC的DFBCI小于HB-MMC時(shí)，即可認(rèn)為MMC無(wú)法穿越直流短路故障。對(duì)于混合MMC，DFBCI隨著CSSM數(shù)目比例的增加而增大，即混合MMC的直流故障穿越能力不斷增強(qiáng)。

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Quantitative Evaluation on Topology Search Strategy of Sub-modules and DC Fault Ride-through Capability of MMC

ZHAO Penghao, XU Jianzhong, ZHAO Chengyong，XU Ying

(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

Sub-modules of Modular Multilevel Converter (MMC) are in various forms, including half bridge sub-module, full bridge sub-module and clamp double sub-module. And new sub-modules are emerging with further study. In this paper, a topology search strategy of sub-modules for MMC is proposed, which is able to testify the unicity of some known sub-modules. Furthermore, hybrid MMC composed of searched sub-modules is discussed. To evaluate DC fault ride-through capability of MMC, an index called DC Fault Blocking Capability Index (DFBCI) is proposed, which can be used to compare DC fault ride-through capabilities of different types of MMC topology and the hybrid MMC topology. And the economic efficiency and validity of the proposed topology is verified. Finally, the effectiveness of proposed index is validated in PSCAD/EMTDC with double-ended MMC-HVDC system model.

modular multilevel converter; sub-module topology; search strategy; DC fault ride-through capability; quantitative evaluation

10.3969/j.ISSN.1007-2691.2016.05.03

2015-12-30.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51177042).

TM743

A

1007-2691(2016)05-0014-08

趙鵬豪(1990-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊娂夹g(shù)；許建中(1987-)，男，講師，主要研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊娪谌嵝灾绷鬏旊娂夹g(shù)；趙成勇(1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊娕c柔性直流輸電技術(shù)。