MMC型HVDC输电系统子模块的设计

摘要：从系统结构、直流电容参数选取、IGBT元件选取和热计算、热设计等方面详细介绍了模块化多电平换流器(MMC)高压直流(HVDC)输电系统子模块(sM)的设计，介绍了SM技术设计基本架构、关键元器件参数计算方法和模块设计思路，通过试验验证了所述设计方法的正确性和可靠性。
关键词：高压直流输电；多电平换流器；子模块设计

1 引言
基于电压源换流器的HVDC输电技术具有有功无功独立控制，能向无源网络供电且适用于可再生能源并网、城市电网供电、异步交流电网互联等优点。MMC通过标准化、模块化SM串联构成换流阀，易于系统扩展，多电平拓扑结构使系统谐波含量小，开关损耗低，适用于STATCO M、HVDC输电、高压变频器等应用场合。
这里从MMC型HVDC输电系统SM技术设计入手，详细介绍了SM的系统架构、主电路参数选择、热设计和SM试验验证方法等，为SM的工程技术实现提供参考。

2 MMC型HVDC系统拓扑结构
MMC的系统组成及电路结构如图1所示，由6个桥臂组成，每个桥臂由多个相同的SM和一个换流电抗串联而成，从而构成上下对称的换流结构。为保证总直流电压稳定，每相中处于投入状态的SM数必须维持在n个，通过改变这n个SM在该相上、下桥臂间的分配关系，得到期望的交流相电压输出。

其中1个SM的主电路结构如图2所示。SM上部IGBT开通，下部IGBT关断时，SM电容被接入桥臂，SM投入；SM下部IGBT开通，上部IGBT关断时，SM电容从桥臂切除，SM输出电压为零，SM退出。通过开关状态的切换，可实现对SM输出电压的控制。快速旁路开关KM，用来快速切除SM故障时的故障SM，从而使换流器能工作于降压运行状态而不会造成断电。晶闸管V3用于在系统发生直流侧短路故障时，在交流侧断路器断开前分流IGBT模块反并联二极管的电流，降低二极管损坏的机率，提高系统可靠性。