模块化多电平换流器子模块故障抑制与混合双子模块设计仿真

模块化多电平换流器（MMCs）因其高效率、良好的电压和电流输出特性，在电力电子变换领域广泛应用，尤其是基于半桥子模块（HBSM-MMCS）的拓扑。然而，由于二极管的续流效应，这种拓扑在高压直流输电系统中对直流侧短路故障的抑制能力有限，这限制了其在成本效益高的架空线路中的普及。 针对这一问题，本文主要探讨了三种不同的故障抑制技术方案。首先，作者分析了利用交流断路器、直流断路器以及模块化多电平换流器子模块本身的拓扑结构来实现故障切断。交流断路器通常安装在交流侧，用于隔离故障，而直流断路器则在直流侧提供保护。子模块拓扑则通过优化设计，如采用多重子模块串联，以分散故障电流。 文章进一步提出了一种创新方法，即通过对半桥拓扑进行改进，引入双向可控开关，形成混合双子模块（Hybrid Twin-Module，HTM）。这种设计不仅能够有效抑制直流故障，而且通过结合传统半桥子模块，可以降低成本和运行损耗。在混合双子模块的设计中，重点考虑了在闭锁状态下，内部电容因充电不均衡可能导致的电压不平衡问题。 针对这一挑战，研究者详细研究了电容电压不平衡的原因和影响，并提出了相应的应对策略，旨在保持电容电压的稳定。通过精确控制和均衡充电，确保系统在故障期间仍能维持正常运行。 为了验证这些理论和设计，文章在PSCAD/EMTDC平台上搭建了混合双子模块的两端仿真模型。通过仿真，作者对混合双子模块的直流故障抑制性能和电容电压控制策略进行了深入评估，从而证明了其在实际应用中的有效性。 本文的工作对于提升模块化多电平换流器在高压直流输电系统中的可靠性具有重要意义，特别是在直流故障处理和成本效益优化方面。通过混合双子模块的设计与控制，有望克服传统拓扑的局限，推动该技术在更广泛的电力系统中得到广泛应用。