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探索高压输电——第2部分：电压源换流器

时间：2017-11-27 15:11来源：21dianyuan

摘要：该系列文章的第一部分介绍了电网换相换流器（LCC）。这篇文章将讨论电压源换流器（VSC）并比较两种拓扑结构。

该系列文章的第一部分介绍了电网换相换流器（LCC）。这篇文章将讨论电压源换流器（VSC）并比较两种拓扑结构。

VSC 目前已成为首选实施对象，原因如下：VSC 具有较低的系统成本，因为它们的配站比较简单。VSC 实现了电流的双向流动，更易于反转功率流方向。VSC 可以控制 AC 侧的有功和无功功率。VSC 不像 LCC 那样依赖于 AC 网络，因此它们可以向无源负载供电并具有黑启动能力。使用绝缘栅双极晶体管（IGBT）阀，则无需进行晶闸管所需的换流操作，并可实现双向电流流动。

表1对 LCC 和 VSC 进行了对比。VSC 的电压电平通常在 150kV-320kV 范围内，但一些电压电平可高达 500kV。VSC 有几种不同的类型。让我们来看看两电平、三电平和模块化多电平。

*参见2016年电气与电子工程师协会（IEEE）第16届国际环境与电气工程会议文章“LCC-HVDC 和 VSC-HVDC 技术与应用的综述。”

表1：换流器比较

两电平电压源换流器

如图1所示，两电平 VSC 具有 IGBT，每个 IGBT 具有与其并联的反向二极管。每个阀包括多个串联的 IGBT/二极管组件。使用脉宽调制（PWM）控制 IGBT，以帮助形成波形。因为 IGBT 在实现 PWM 时多次导通关断，所以会发生开关损耗，而谐波是一个因素。

图1：两电平 VSC（HVDC 换流器图片由维基百科提供）

三电平电压源换流器

如图2所示，三电平 VSC 改善了谐波问题。三电平换流器每相有四个 IGBT 阀。其中两个二极管阀用于钳位电压，但您可以用 IGBT 代替它们，以获得更好的可控性。打开顶部的两个 IGBT 获得较高的电压电平，打开中间的两个 IGBT 获得中间（或零）电压电平，打开底部的两个阀获得较低的电压电平。

图2：三电平 VSC（HVDC 换流器图片由维基百科提供）

模块化多电平换流器

MMC 与另两种换流器不同，因为每个阀就是一个具有内置式平流电容器的换流器模块。MMC 取代了含有多个 IGBT 的阀，它具有多个级联的换流器模块。其中每一个模块都代表了特定的电压电平。MMC 中的换流器模块是半桥式或全桥式换流器。

图3：模块化换流器类型（HVDC 换流器图片由维基百科提供）

MMC 方法显著提高了谐波性能，以致通常不需要滤波。它也比两电平和三电平 VSC 更有效，因为它没有与 IGBT 阀相同的开关损耗。

图4：波形输出（图片由 SVC PLUS VSC 技术提供）

为了监控功率因数、电压和电流电平，可在配站交流和直流的可测量侧测量信号。在接收到该信息时，换流器控制装置可以做出所需的调整，以维持稳定的功率电平和适当的功率因数。保护继电器系统或智能电子器件（IED）收集信号信息。请参见图5。

图5：信号解释

使用全差分隔离放大器的隔离电流和电压测量是 TI 参考设计之一，可以测量交流和直流信号。设计指南解释了如何使用隔离运算放大器调节信号以增加振幅，并抑制任何共模电压和噪声。具有板载 ADC 的 MCU 将分析和解释此信号。根据波形确定的信息反馈到换流器的控制装置，从而将对不断变化的相位和电压电平进行调整以保持稳定性。

其他信息：

• 了解有关 HVDC 系统的更多信息

• 使用全差分隔离放大器的隔离电流和电压测量进行设计 (TIDA-00555)

• 阅读此两部分系列的第一部分

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