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关于多种电平电压源换流器解析方案

 一、电压源换流器(VSC)概述
  VSC 已成为实施对象,原因如下:
  系统成本较低,配站简单。
  实现电流双向流动,便于反转功率流方向。
  可控制 AC 侧的有功和无功功率。
  不依赖于 AC 网络,能向无源负载供电并具备黑启动能力。
  使用 IGBT 阀,无需晶闸管的换流操作,可实现双向电流流动。
  二、VSC 与 LCC 对比
  VSC 的电压电平通常在 150kV - 320kV 范围内,部分可达 500kV。与 LCC 相比,VSC 在功率控制、供电能力等方面具有明显优势。
  三、不同类型 VSC 分析
  两电平电压源换流器
  结构:具有 IGBT,每个 IGBT 并联反向二极管,每个阀包含多个串联的 IGBT / 二极管组件。
  控制:使用脉宽调制(PWM)控制 IGBT 形成波形。

  缺点:IGBT 多次导通关断会产生开关损耗,谐波是一个影响因素。



 图1:两电平VSC 


  三电平电压源换流器
  结构:每相有四个 IGBT 阀,其中两个二极管阀用于钳位电压,也可用 IGBT 代替以提高可控性。

  电压控制:打开顶部两个 IGBT 获得较高电压电平,打开中间两个 IGBT 获得中间(或零)电压电平,打开底部两个阀获得较低电压电平。

  优点:改善了谐波问题。
  模块化多电平换流器(MMC)
  结构:每个阀是一个具有内置式平流电容器的换流器模块,取代了含有多个 IGBT 的阀,具有多个级联的换流器模块,模块为半桥式或全桥式换流器。

  优点:显著提高了谐波性能,通常不需要滤波;无 IGBT 阀的开关损耗,效率更高。

图3:模块化换流器类型(HVDC换流器图片由维基百科提供)

  四、VSC 监控与控制
  信号测量:为监控功率因数、电压和电流电平,在配站交流和直流的可测量侧测量信号。

  信号处理与反馈:保护继电器系统或智能电子器件(IED)收集信号信息,换流器控制装置根据信息做出调整,以维持稳定的功率电平和适当的功率因数。

图4:波形输出(图片由SVC PLUS VSC技术提供)

  测量设计:TI 参考设计采用全差分隔离放大器进行隔离电流和电压测量,可测量交流和直流信号。使用隔离运算放大器调节信号以增加振幅,抑制共模电压和噪声。具有板载 ADC 的 MCU 分析和解释信号,根据波形确定的信息反馈到换流器控制装置,对不断变化的相位和电压电平进行调整以保持稳定性。


图5:信号解释

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