Гибридная конструкция модульных мультиполярных преобразователей для систем HVDC на основе различных схем субмодулей

Модульный мультиуровневый преобразователь (MMC) стал наиболее перспективной технологией преобразования для систем передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC). Однако, как и в любых других системах HVDC на основе источников напряжения, MMC-HVDC с полумостовыми субмодулями (SM) не обладают способностью противостоять коротким замыканиям на стороне постоянного тока, что вызывает серьёзную обеспокоенность для воздушных линий передачи. В статье предложены две новые схемы субмодулей и гибридная методология проектирования для внедрения возможности противодействия повреждениям по постоянному току в MMC-HVDC. За счёт комбинирования особенностей различных конфигураций SM устраняется путь тока повреждения по постоянному току через диоды свободного протекания, и ток повреждения по постоянному току принудительно доводится до нуля. Исследуются и сравниваются несколько конфигураций MMC, основанных на предложенном гибридном методе проектирования и различных схемах SM — а именно полумостовые, полно-мостовые, clamp-double и пятирівневые перекрёстно-связанные SM, а также вновь предложенные полно-мостовые SM с униполярным напряжением и трёхуровневые перекрёстно-связанные SM — по таким показателям, как способность противодействовать повреждениям по постоянному току, потери в полупроводниках и требования к компонентам. Исследования выполнены с использованием временных (time-domain) моделирований в среде PSCAD/EMTDC для различных конфигураций SM и условий повреждений по постоянному току. Полученные результаты показывают, что разработанная по гибридному принципу MMC-HVDC система, основанная на сочетании полумостового и предложенных SM, является оптимальным решением среди всех оценённых систем по показателям способности противодействовать повреждениям по постоянному току, потерям в полупроводниках и требованиям к компонентам.