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基于单向电流型混合MMC的海上风电柔性直流紧凑化换流阀设计方法
Design Method of Compact Converter Valve for Offshore Wind Power VSC-HVDC Based on Unidirectional-Current Hybrid MMC
| 作者 | 蔡放 · 李政轩 · 宋强 · 余占清 · 赵彪 · 曾嵘 |
| 期刊 | 高电压技术 |
| 出版日期 | 2025年6月 |
| 卷/期 | 第 51 卷 第 6 期 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 功率模块 多电平 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 海上风电 单向电流型混合模块化多电平换流器 子模块结构 阀塔设计 换流阀紧凑化技术 蔡放 李政轩 宋强 余占清 赵彪 曾嵘 高电压技术 High Voltage Engineering |
语言:
中文摘要
针对海上换流平台体积与重量受限的问题，研究了基于单向电流型混合模块化多电平换流器（UC-HYB-MMC）的紧凑化换流阀设计方法。以±500 kV/2000 MW海上风电直流输电系统为例，完成换流器参数设计，并开展UC-CDSM与UC-FBSM子模块的结构设计。热仿真结果表明，子模块散热性能良好，器件结温处于允许范围且阀串温度分布均匀。在此基础上完成阀段与阀塔结构设计，实现阀厅整体布置。与常规半桥子模块MMC相比，UC-HYB-MMC在占地面积和体积方面具有显著优势。
English Abstract
针对海上换流平台体积和重量大的问题,对基于单向电流型混合模块化多电平换流器(unidirectional-current hybrid modular multilevel converter,UC-HYB-MMC)的紧凑化换流阀设计方法进行了研究.以±500kV/2 000 MW海上风电直流输电系统为研究案例,对UC-HYB-MMC的参数进行设计,并基于所设计的换流器参数,分别对单向电流型箝位双子模块(unidirectional-current clamp double submodule,UC-CDSM)和单向电流型全桥子模块(unidirectional-current full-bridge submodule,UC-FBSM)的结构设计方法进行研究.热过程仿真结果表明子模块的散热设计可以使半导体器件结温在允许范围内,且阀串温度分布较为均衡.在子模块结构设计基础上,完成了 UC-CDSM和UC-FBSM阀段的设计,并对UC-HYB-MMC阀塔结构进行设计.实现了 UC-HYB-MMC阀厅布置的设计,并与常规半桥子模块MMC的阀厅尺寸进行对比,结果表明UC-HYB-MMC在换流阀的占地和体积方面都具有明显优势.
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SunView 深度解读
该研究的紧凑化换流阀设计方法对阳光电源大功率产品线具有重要参考价值。UC-HYB-MMC拓扑的体积优化特性可应用于ST2000储能变流器和SG3000HV光伏逆变器的功率密度提升。其单向电流型混合子模块设计思路可优化PowerTitan系统的功率模块布局,提高系统集成度。热管理设计方法对提升SiC功率模块的散热性能具有启发。建议在储能变流器和集装箱型变流站产品中验证该技术,重点关注功率密度提升、散热优化和系统可靠性。该技术可助力阳光电源在大功率高压产品领域保持技术领先。