MMC变流器原理

发布网友发布时间：2024-04-28 22:19

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热心网友时间：2024-10-05 07:44

深入解析：MMC变流器的工作原理与优势

在电力系统中，变流器扮演着关键角色，其核心原理如理想变流器的等效电路，揭示了功率传输的奥秘。图1展示了变流器如何将有功功率从相位超前侧流向滞后，无功功率由电压幅值高侧导流至低侧，构建了电力交互的桥梁。

MMC（多电平逆变器）主回路的创新设计，如图2所示，西门子和中国电科院的VSC-HVDC工程，展现了技术的卓越特点。首先，MMC采用的开关器件耐压低，对器件一致性要求不高，降低了设备成本。其次，它采用多电平结构，能有效降低谐波，提升系统运行的平滑性。开关频率低，损耗减小，使得系统效率显著提升。

MMC的独特结构使其能轻易实现背靠背连接，能量流动双向进行，无需额外的输出变压器，显著节省空间与成本。模块化设计便于容量扩展和冗余配置，提高了系统的灵活性和可靠性。但同时也带来挑战，如桥臂环流问题，需要通过精确的控制来抑制。

图4揭示了背靠背MMC的拓扑，换流器桥臂电流包括电网电流、直流电流和环流分量。桥臂电流的复杂性要求精细的控制策略，以保证电网的稳定运行。图5详细描绘了各个电流分量的路径，揭示了每相桥臂的电压和电流动态。

在子模块设计中，HBMMC拓扑结构如图7所示，通过T1和T2开关单元的巧妙设计，子模块可灵活地在电容电压Uc与0之间切换，实现三种工作状态，确保了输出的高效控制。

主回路参数设计中的桥臂电感Larm至关重要，它起到交流连接、抑制环流和保护短路的作用。在实际应用中，电感的选择需平衡电感的压降、成本和系统稳定性，通过仿真优化，已将电感量从20mH减小到3mH，显著提升了系统性能。

功率模块的直流电容则是决定电容电压波动范围的关键参数，通过合理计算，确定了10mF的电容值，以满足稳定运行的需求。主回路参数的调整，无论是减小电容还是增加，都会影响输出电流波形，必须精细调整以保持系统稳定。

最后，控制功能设计采用双闭环控制方法，实现精确的有功和无功功率控制，确保在变频工况下，功率单元的稳定运行。通过外环控制器，两台换流器协同工作，实现功率的灵活传输。

总的来说，MMC变流器以其独特的架构和精密的控制技术，为电力系统的高效、稳定运行提供了强有力的支持。每个环节的设计都体现出其在电力系统中的不可或缺性，展示了其在现代电力技术中的重要地位。