F-MMC与LCC混合型三极直流系统及其均衡控制策略

本文主要探讨了基于F-MMC (全桥模块化多电平换流器) 和 LCC (电网换相换流器) 的混合型三极直流系统的设计及其控制策略。针对现有三极直流输电系统存在的问题，如极3采用晶闸管换流器导致的交流电压波动、过渡阶段过电压和过电流风险，作者提出了一种创新解决方案。 首先，作者指出，随着电力需求的增加，传统的交流线路扩容手段已经难以满足需求，因此，将交流线路改造为直流成为一种更具吸引力的选择。传统的三极直流系统中，极1和极2通常使用晶闸管换流器，而极3则采用反并联晶闸管或换流阀，这种结构虽然可以提高输电容量，但存在换相失败、过电压等问题，并且在电流调制过渡期间，由于直流电压和电流的大范围变化，会引发无功波动、过零点导致的过电压以及操作时序不当可能引起的过电压和过电流。 为解决这些问题，作者提出了混合型系统，即在极3换流站采用全桥子模块构成的模块化多电平换流器（F-MMC）。F-MMC凭借其+1、0、-1三个电平输出能力和双向电流流动特性，能够适应极3对直流电压和电流双向变化的需求。这种结构将LCC与F-MMC并联，形成一个既能保持电网稳定又能提供灵活控制的系统。 为了确保系统的稳定性和效率，文章提出了三种关键的控制要求：无功（电压）平衡、电流平衡以及子模块电容电压平衡。通过采用改进的直流电流控制和交流电压控制策略，以及对子模块进行电容电压平衡控制，有效地管理了系统中的动态行为。在仿真研究中，使用PSCAD/EMTDC软件对提出的系统进行了详细模拟，结果验证了该混合型三极直流系统及其控制策略能够有效地抑制电压波动、电流不平衡以及子模块电容电压的问题，从而提高了系统的整体性能和可靠性。 本文是一项重要的技术突破，它通过混合使用F-MMC和LCC，改进了传统三极直流系统的不足，为电力系统的有效扩容和问题解决提供了新的解决方案。