探索高壓輸電 - 第2部分，電壓源換流器
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該系列文章的第一部分介紹了電網(wǎng)換相換流器(LCC)。在這部分中，我將討論電壓源換流器(VSC)并比較兩種拓撲結(jié)構(gòu)。
本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/201808/384757.htmVSC目前已成為首選實施對象，原因如下：VSC具有較低的系統(tǒng)成本，因為它們的配站比較簡單。VSC實現(xiàn)了電流的雙向流動，更易于反轉(zhuǎn)功率流方向。VSC可以控制AC側(cè)的有功和無功功率。VSC不像LCC那樣依賴于AC網(wǎng)絡(luò)，因此它們可以向無源負載供電并具有黑啟動能力。使用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)閥，則無需進行晶閘管所需的換流操作，并可實現(xiàn)雙向電流。
表1對LCC和VSC進行了對比。VSC的電壓電平通常在150kV-320kV范圍內(nèi)，但一些電壓電平可高達500kV。VSC有幾種不同的類型。讓我們來看看兩電平、三電平和模塊化多電平。
電網(wǎng)換相換流器 | ||
換流 | 不需要交流波形。獨立于電網(wǎng)工作，具有黑啟動功能。 | 在網(wǎng)絡(luò)的交流側(cè)需要正弦波以進行換流。可能有換流故障。 |
系統(tǒng)成本 | 成本較低。無需無功補償。對諧波濾波的需求較低。大多數(shù)模塊化多電平換流器（MMC）沒有諧波濾波。 | 成本較高。需要諧波濾波。需要無功功率補償。 |
功率因數(shù) | 控制無功和有功功率。 | 需要交流側(cè)或備用電源的無功電源。 |
諧波 | 低諧波。 | 高諧波。 |
功率流 | 電流可以在兩個方向上流動，易于反轉(zhuǎn)功率流。 | 功率流只能通過反轉(zhuǎn)電壓極性來反轉(zhuǎn)。 |
電壓和功率電平 | 電壓電平（500kV）和功率電平（1000MW）較低。* | 可承載高達800kV和8000MW。* |
換流器效率 | 由于開關(guān)損耗，效率較低。 | 在換流器處損失較少的傳輸功率。 |
*參見2016年電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)第16屆國際環(huán)境與電氣工程會議文章“LCC-HVDC和VSC-HVDC技術(shù)與應(yīng)用的綜述。”
表1：換流器比較
兩電平電壓源換流器
如圖1所示，兩電平VSC具有IGBT，每個IGBT具有與其并聯(lián)的反向二極管。每個閥包括多個串聯(lián)的IGBT/二極管組件。使用脈寬調(diào)制(PWM)控制IGBT，以幫助形成波形。因為IGBT在實現(xiàn)PWM時多次導(dǎo)通關(guān)斷，所以會發(fā)生開關(guān)損耗，而諧波是一個因素。
圖1：兩電平VSC(HVDC換流器圖片由維基百科提供)
三電平電壓源換流器
如圖2所示，三電平VSC改善了諧波問題。三電平換流器每相有四個IGBT閥。其中兩個二極管閥用于鉗位電壓，但您可以用IGBT代替它們，以獲得更好的可控性。打開頂部的兩個IGBT獲得較高的電壓電平，打開中間的兩個IGBT獲得中間(或零)電壓電平，打開底部的兩個閥獲得較低的電壓電平。
圖2：三電平VSC(HVDC換流器圖片由維基百科提供)
模塊化多電平換流器
MMC與另兩種換流器不同，因為每個閥就是一個具有內(nèi)置式平流電容器的換流器模塊。MMC取代了含有多個IGBT的閥，它具有多個級聯(lián)的換流器模塊。其中每一個模塊都代表了特定的電壓電平。MMC中的換流器模塊是半橋式或全橋式換流器。
圖3：模塊化換流器類型(HVDC換流器圖片由維基百科提供)
MMC方法顯著提高了諧波性能，以致通常不需要濾波。它也比兩電平和三電平VSC更有效，因為它沒有與IGBT閥相同的開關(guān)損耗。
圖4：波形輸出(圖片由SVC PLUS VSC技術(shù)提供)
為了監(jiān)控功率因數(shù)、電壓和電流電平，可在配站交流和直流的可測量側(cè)測量信號。在接收到該信息時，換流器控制裝置可以做出所需的調(diào)整，以維持穩(wěn)定的功率電平和適當(dāng)?shù)墓β室驍?shù)。 保護繼電器系統(tǒng)或智能電子器件(IED)可收集信號信息。請參見圖5。
圖5：信號解釋
使用全差分隔離放大器的隔離電流和電壓測量是一種TI參考設(shè)計，可以測量交流和直流信號。設(shè)計指南解釋了如何使用隔離運算放大器調(diào)節(jié)信號以增加振幅，并抑制任何共模電壓和噪聲。具有板載ADC的MCU將分析和解釋此信號。從波形確定的信息反饋到換流器的控制裝置，從而對不斷變化的相位和電壓電平進行調(diào)整，以保持穩(wěn)定性。
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