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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