换流器1
换流器2
三相 10 kV 电网
MMC主回路拓扑结构
技术特点
siemens和中国电科院所投 运的VSC-HVDC工程均采用 此拓扑结构。
1）所需开关器件耐压低，对器件的一致性要求低； 2）电平数多，谐波大大降低； 3）开关频率更低，开关损耗更小，系统利用率更高。 4) 很容易实现背靠背结构，能量方便双向流动。 5）无需输出变压器，大大地减小了装置体积和损耗，并且 节约了成本。 6) 模块化的结构使得容量拓展和冗余设计更为容易。
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二、起动时应减小起动电流，增大起动转矩
1、绕线式异步电机
降低起动时转子回路中的 x2 与 r2 的比值
提高 cos2
变频起动，在较低的频 率下起动电动机，使起
动时的 x2 减小
转子回路串入
电阻，增加 r2
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二、起动时应减小起动电流，增大起动转矩
1、绕线式异步电机
大容量绕线电机软启动装置——例如水阻启动、干阻启 动等，原理都是在电机转子回路串入电阻，增加启动转矩。 业内以追日、万洲、大力等为龙头的襄樊软启动企业，占 据全国大部分的市场份额。
为了保持 磁通为常数，调频时应同时调压，使 U/F=C, 变频调速系统常被称为变压变频（VVVF） 调速系统
(Variable voltage,variable frequnecy)
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2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
由于交流侧的三相线电压有效值为10 kV，即相电压有效值为5.77 kV。由于 直流电压为20 kV，则MMC输出的交流相电压有效值最大为7.07 kV。 ±2.5 Mvar,零功率因数运行时，允许电感上的压降最大为 7.07kV 5.77kV 1.3kV 此时，允许的网侧电感最大值为1.3 kV/(2×50 Hz×π×145A)=28.6 mH。 在初始引进技术资料中取值20mH。
模块 1AU2
模块 1BU1
模块 1BU2
模块 1CU1
模块 1CU2
模块 1AU20
Larm A
Larm
模块 1AL1
模块 1BU20
Larm
B
Larm
模块 1BL1
模块 1CU20
Larm
C Larm
模块 1CL1
模块 1AL2
模块 1AL20
模块 1BL2
模块 1BL20
模块 1CL2
模块 1CL20
模块 2AU1
模块 2AU2
模块 2BU1
模块 2BU2
模块 2CU1
模块 2CU2
模块 2AU20
模块 2BU20
模块 2CU20
Larm
Larm
Udc
a
b
c
Larm
模块 2AL1
Larm
模块 2BL1
模块 2CL1
模块 2AL2
模块 2AL20
模块 2BL2
模块 2BL20
模块 2CL2
模块 2CL20
每个MMC换流器的功率模块电压的分别进行均衡控制，6个桥臂相互之间没有影 响。 在一个控制周期内，则根据桥臂电流的方向确定此桥臂功率模块的投入/切除状态： （a）若桥臂电流为投入的模块电容充电，则功率模块按照电容电压从低到高的 顺序排列，最低的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。 （b）若桥臂电流为投入的模块电容放电，则功率模块按照电容电压从高到低的 顺序排列，最高的N个模块在该控制周期内一直处于投入状态。
MMC主回路拓扑结构
子模块都是两端元件，通过两个开关单元T1和T2的作用， USM可以同时在两种电流方向的情况下进行电容电压UC 与0之间的切换。一个子模块共有三种开关状态： （1）子模块中上IGBT导通，下IGBT关断，子模块端口 电压等于子模块中电容电压，这样根据电流的方向来决 定电容处于充电或是放电状态，此状态称投入状态。 （2）子模块中上IGBT关断，下IGBT导通，子模块的端 口电压等于0，子模块中电容被旁路，子模块电容电压 保持稳定，此状态称切除状态。 （3）子模块上下IGBT均关断，此状态称闭锁状态，一 般在故障与启动时使用。
2、主回路参数设计
功率模块直流电容
模块电容参数的大小直接决定了电容电压的波动范围。在额定工况下，由于功率模块 直流电容的额定电压为2000 V，按照纹波系数 =5%，则直流电容C应满足：
CPM
I ac
4 U SM
578
4 100 5% 2000
4.6mF
因为本次试验方式受到时序限制，所以设置功率模块直流电容10mF。
2 arctg2L2 / r2 接近90o
I2 cos2并不大
cos
很小
2
I
很大
2
T CTiI2 cos2 起动转矩不大
磁通减小
电流较大时，定子漏抗上的压降增大
感应电势 E1减小
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异步电动机的机械特性表达式
T f (s)曲线
T f s曲线
Tem
Tst
s1
0
有曲线段和直线段组成，以最大转矩Tm 为界。
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2、鼠笼型异步电机 在不影响“能起动”的前提下，尽可能减小起动电流， 以减小起动电流对电网的冲击
I. 降压起动（起动电流减小，起动转矩随电压平方减小）
1 自耦变压器降压起动
2 Y 转换起动
3 定子回路串电抗器起动 4 用晶闸管构成的交流调压器降压起动
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2、鼠笼型异步电机
II. 某些特种电机，利用“挤流效应”设计深槽转子电机，或双鼠笼转 子电机。原理都是提高起动时的转子电阻，增加启动转矩，达到降 低启动电流的目的。但是这些方式会增加有功功率损耗。
Sn1 Sn2
Ean －+C
Sn3 Sn4
Ebn
+C
－
HBbn
va Rs Ls ica
pcc isa
vb Rs Ls icb
pcc isb usb
vc Rs Ls icc pcc
isc
usa
NS
usc
Ecn －+C HBcn
ilc ilb ila
Ea2 －+C HBa2
Eb2
+C
－
HBb2
Ec2 －+C HBc2
(1
s)
60 f1 p
(1
s)
转矩物理表达式 T CTi I2 cos2 转矩的参数表达式
T Pem m1I22r2 / s
1
1
2f1
m1 pU12r2 / s r1 r2 / s 2 x1 x2
2
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起动时，转子中的电势、
电流的频率等于或接近
于电源频率
f2 f1
转子漏抗 x2 2L2比转子电阻 r2大很多
2、主回路参数设计-减小电容后波形
2、主回路参数设计-增加电容后波形
2、主回路参数设计
目前的控制方法，能够满足： 1、在1-50Hz变频工况，功率单元按照30uf/A电容设置，装置保持稳定 2、在50Hz定频工况，功率单元按照15uf/A电容设置，装置保持稳定
如果控制方式能够达到在1-50Hz变频工况，功率单元按照10uf/A 电容设置，装置保持稳定。那么就可以考虑功率单元按照薄膜电容代替电 解电容。
2、主回路参数设计
桥臂电感Larm设计
➢ 电感量越大，电流波形越好控制、并网冲击越小、环流抑制越方便，但是电感 压降越大、成本越高。因为需要更多的功率单元支撑才能发出同等无功功率。 ➢ 电感量越小，柜体体积和成本越低，但是系统稳定性变差。对控制算法提出更 高要求。
通过电科院动模试验，目前已经把桥臂电感量从20mH下降到5mH。实际上在系统 仿真模型中，桥臂电感量可以达到3mH并且系统保持稳定。
3、用途介绍
柔性直流输电
R=0 R=0
110KV侧短路容1000MVA 等效电感 0.0385
0.0385 [H]
rectify e1r Idc
e1l inverter
e1l
e1r
#1 #2
e2r DC1 e2l
#1 #2
0.0385 [H]
3 [MVAR]
10 [MW]
A端 电 网
B端 电 网
3、用途介绍
load
Ea1 －+C HBa1
Eb1 －+C HBb1
Ec1 －+C HBc1
Si1
u
di
Si 2
Si3
uoi
Si 4
n 链式串联拓扑结构
功率单元全桥拓扑结构
全桥主回路拓扑结构
每个H桥输出产生SPWM波，基 波成分为：
U1 Um sin(t)
N级功率单元串联，最大输出 电压：
Ua NUm sin(t)
Sn1
E an
+ －C
Sn3
Sn 2 Sn 4
E ai
Si1 + －C
Si3
S11
E a1
+ －C
S13
Si 2 Si 4 S12
S14
三角波移相载波原理
uc
ur
u
O t
uo uo
Ud
uof
O
t
-Ud
表示uo的基波分量 单极性PWM调制波形图，单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur 和uc的交点时刻控制IGBT的通断
四象限高压变频器，带绕线异步电机
0.0385 [H]
e1r rectify e1l #1 #2
e2r
3 [MVAR]
Idc e1l
inverter
V
DC1
e1r A
e2l
R=0 Iabc