下载文档原格式
低压直流供电与柔性直流输电及超高压直流输电的研究作者：刘谞来源：《科学与财富》2017年第16期摘要：随着经济的发展和科学技术水平的提高，人们的生活水平也在不断的提高，各类新型的用电设备在提高生活水平的同时也提高了对于供电系统的要求。
本文从各类输电方式出发，对低压直流供电、柔性直流输电、超高压直流输电进行分析，包括他们的结构及其相应的故障类型和保护控制方法，旨在为相关的从业人员提供参考意见。
关键词：低压直流供电；柔性直流输电；超高压直流输电；1、低压直流供电1、1低压直流供电系统结构为了能够满足电力系统的要求，即在孤岛和接入电网的状态下正常运行、连续供电性、电压稳定行、可扩展性等，在符合现行规范标准的前提下，提出了低压直流供电系统的结构，如图1所示[1]。
直流供电系统结构中AC/DC装置是由两个电源型整流器通过并联方式构成的，这两个整流器都采用了脉宽调制的控制方法，并配备了绝缘栅双极型晶体管，调节电压并稳定在正常需求水平上，同时也能降低交流系统中谐波的流入，其目的是为了提高系统的可靠性，使系统能够在孤岛模式下进行工作。
分布式发电设备通过电源型整流器来实现与直流系统的连接，这种方法比较简单，稳定性比较好，能够保证供电的连续性。
1、2低压直流供电系统的质量可靠性电力的稳定性和质量是用户比较关注的重点，其中电能质量对敏感类负载的影响较大，可靠性对应急负载的影响较大，数据类和商业类的负载对于二者都有较高的要求。
因此使用直流供电能够有效的提高电能质量，并能进一步的提高供电的可靠性，减低损耗，减少成本，提高经济效益。
电力电子器件会影响供电的可靠性，而元件的故障率受负载和温度的影响比较大，因此低压直流供电系统中的电力电子器件需要能够承受一定的负载，并且对温度的波动有较好的的适应性[2]。
1、3低压直流供电系统的保护和控制在低压直流供电系统中使用了较多的熔断器和断路器，当出现过载情况和短路的时候，系统能够自动的切断电源，保护了系统的运行安全。
柔性直流配电网的若干问题研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，柔性直流配电网作为一种新兴的配电方式，受到了广泛关注。
其独特的优势，如能够灵活控制潮流、实现多源协调互补、适应分布式新能源接入等，使得柔性直流配电网在解决传统配电网面临的一系列问题上展现出巨大潜力。
柔性直流配电网在实际应用中仍面临诸多问题和挑战，如系统稳定性、经济性、控制策略、保护技术等方面的问题，亟待解决。
本文旨在深入研究柔性直流配电网的若干关键问题，通过对现有文献的梳理和分析，结合国内外相关研究成果，探讨柔性直流配电网的理论基础、技术难点和发展趋势。
文章首先对柔性直流配电网的基本原理和主要特点进行概述，然后重点分析其在运行控制、保护技术、经济性评估等方面的关键问题，并提出相应的解决方案和策略。
文章还对柔性直流配电网的未来发展方向进行展望，以期为我国配电网的升级改造和新能源消纳提供理论支持和实践指导。
二、柔性直流配电网的基本原理与关键技术柔性直流配电网采用基于电压源型换流器（VSC）的直流配电系统，通过PWM（脉宽调制）技术实现直流电压的灵活控制。
VSC换流器通过调整其输出电压的幅值和相位，能够独立地控制有功功率和无功功率，从而实现对配电网的灵活控制。
VSC换流器还具有快速响应、易于扩展和模块化等优点，使其成为构建柔性直流配电网的理想选择。
（1）VSC换流器技术：VSC换流器是柔性直流配电网的核心设备，其性能直接影响整个配电网的运行效率和稳定性。
研究高效、可靠的VSC换流器技术是柔性直流配电网发展的关键。
（2）直流保护技术：由于直流配电网的故障特性与交流配电网存在显著差异，传统的交流保护方法无法直接应用于直流配电网。
需要研究适用于直流配电网的故障检测、隔离和恢复技术，以确保配电网的安全稳定运行。
（3）直流配电网的规划与优化技术：随着分布式电源和电动汽车等直流负荷的快速发展，直流配电网的规划与优化问题日益突出。
需要研究考虑多种因素的直流配电网规划方法，以及基于多目标优化的配电网运行控制技术，以实现配电网的经济性、可靠性和环保性的协调优化。
低压直流供电与柔性直流输电及超高压直流输电的研究摘要：近年来，我国社会经济以及科学技术水平得到了有效提升，同时人们的生活水平也在不断的提高，人们对于高品质生活也有了新的追求，不同类型的用电设备能够为人们提供一定的便利，这样一来也提升了对于供电系统的技术要求。
本文综合分析了不同类型的输电方式，包括低压直流供电、柔性直流输电以及超高压直流输电，深入探讨了各种输电方式的结构以及相应的维护控制方法，进而提出自己的建议与看法，希望能够为相关电力事业的发展做出一定的贡献。
关键词：低压直流供电；柔性直流供电；超高压直流输电引言：我国的电力主要以煤电和水电为主，在资源分配上有着十分不合理的现象，需要经常性的进行远距离电力输送。
输配电水平的提升能够有效的提高我国总体电力供应质量，其中最具有代表性的输电方式包括低压直流供电、柔性直流供电以及超高压直流输电，本文对这三种输电模式进行了深入的分析，并且对其保护控制方法进行了一定研究，提出了相应的对策以及建议。
一、低压直流供电（一）低压直流供电系统构成为了保证电力系统正常运转，也就是在孤岛以及接入电网状态下实现电力系统稳定连续供电，需要运用到低压直流供电技术。
在直流供电系统构成中，交直流转换装置是通过两个电源型整流器采取并联的方法形成，两个整流器普遍使用的控制方式为脉宽调制，并且配备了绝缘栅双极型晶体管，一方面能够对电压进行调节，使其持续稳定的保持在正常需求基础之上，另一方面也可以减少交流系统内部谐波的涌入，最终目的是为了提高系统运行的稳定性，能够使得系统在孤岛模式下进行作业。
分布式发电设备利用电源型整流器，可以实现与直流系统的关联，目前技术水平下，这种方式相对比较简单便捷，稳定性高，可以保障供电的持续稳定。
（二）低压直流供电系统的质量可靠性随着人们对于电力需求的不断提高，电力用户逐渐关注的重点在于电力供应的稳定性以及质量方面，电能质量对于敏感类负载有着较大影响，而可靠性对于应急负载有较大影响，数据类以及商业类负载对于两者同时有着更高的要求。
2020年第1期 37柔性直流输电换流阀型式试验补能电源研究熊银武1 钟昆禹1 王 林1 姬奎江1 王国强2（1. 南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州 兴义 562400； 2. 荣信汇科电气技术有限责任公司，辽宁 鞍山 114051）摘要 本文针对柔性直流输电换流阀型式试验补能电源开展研究，根据现有柔性直流输电工程功率模块可能的电压运行等级，对柔直阀段对拖运行试验回路的3种补能电源拓扑的谐波特性进行仿真。
仿真结果表明，采用12脉波晶闸管整流桥拓扑主要含有11次谐波，所需滤波装置容量较小，可不配置滤波器，设备总体性价比较高，适合作为阀段型式试验的补能电源。
关键词：柔性直流输电；型式试验；补能电源；谐波Research on power supply for type test of voltage source converter basedhigh voltage direct current transmission converterXiong Yinwu 1 Zhong Kunyu 1 Wang Lin 1 Ji Kuijiang 1 Wang Guoqiang 2(1. Southern Power Grid Co., Ltd, Tianshengqiao Bureau of EHV Transmission Company,Xingyi, Guizhou 562400;2. Rongxin Huiko Electric Technology Co., Ltd, Anshan, Liaoning 114051)Abstract Research on the type test of power supply for voltage source converter based high voltage direct current transmission (VSC-HVDC) converter valve. According to the possible operation voltage of power module in VSC-HVDC engineering, the harmonic characteristics of the three topologies of power supply for converter valve section running test are analyzed by simulation. The simulation results show that the topology of 12-pulse thyristor rectifier bridge mainly contains 11th harmonics. Small filter capacity is required, and there is no need to configure the filter separately. The overall cost performance is satisfactory, and it is suitable for power supply of the valve type test.Keywords ：voltage source converter based high voltage direct current transmission (VSC-HVDC); type test; power supply; harmonic基于模块化多电平变流器（modular multilevel converter, MMC ）的柔性直流输电（voltage source converter based high voltage direct current transmi- ssion, VSC-HVDC ）技术已在实际工程中广泛应用。
柔性直流输电工程技术研究、应用及发展一、本文概述随着能源结构的优化和电网技术的发展，柔性直流输电（VSC-HVDC）技术以其独特的优势，在电力系统中的应用越来越广泛。
本文旨在全面概述柔性直流输电工程的技术研究、应用现状以及未来的发展趋势。
我们将从柔性直流输电的基本原理出发，深入探讨其关键技术和设备，包括换流器、控制系统、保护策略等。
我们还将分析柔性直流输电在新能源接入、电网互联、城市电网建设等领域的应用案例，评估其在实际运行中的性能表现。
我们将展望柔性直流输电技术的发展前景，探讨其在构建清洁、高效、智能的电力系统中发挥的重要作用。
通过本文的阐述，我们希望能够为从事柔性直流输电技术研究和应用的同行提供有益的参考和启示。
二、柔性直流输电技术原理柔性直流输电技术，又称为电压源换流器直流输电（VSC-HVDC），是近年来直流输电领域的一项重大技术革新。
与传统的基于电网换相换流器（LCC）的直流输电技术不同，柔性直流输电技术采用基于可关断器件的电压源换流器（VSC），这使得它在新能源接入、城市电网增容和孤岛供电等方面具有独特的优势。
柔性直流输电技术的核心在于电压源换流器（VSC）。
VSC采用可关断的电力电子器件（如绝缘栅双极晶体管IGBT），通过脉宽调制（PWM）技术实现对交流侧电压和电流的有效控制。
VSC既可以作为有功功率的源，也可以作为无功功率的源，因此它具有更好的控制灵活性和响应速度。
在柔性直流输电系统中，VSC通常与直流电容器和滤波器并联，以维持直流电压的稳定和滤除谐波。
VSC通过改变其输出电压的幅值和相位，可以独立地控制有功功率和无功功率的传输，从而实现对交流电网的灵活支撑。
柔性直流输电技术还采用了先进的控制系统，包括换流器控制、直流电压控制、功率控制等，以确保系统的稳定运行和电能质量。
这些控制系统可以根据系统的运行状态和实际需求，对VSC的输出进行实时调整，从而实现对交流电网的精准控制。
柔性直流输电技术以其独特的电压源换流器和先进的控制系统，实现了对交流电网的灵活支撑和精准控制。
柔性直流输电技术的发展和应用研究刘振兴（云南机电职业技术学院，云南昆明650203）摘要：基于电压源型换流器的高压直流输电（Voltage Sourced Converter based High Voltage Direct Current ，VSC -HVDC ）技术国内称之为“柔性直流输电”（HVDC -Fexible ）技术。
柔性直流输电系统在解决远距离孤立负荷供电、异步电网互联等问题上有传统交流输电系统无法比拟的优势。
鉴于此，介绍了柔性直流输电技术的发展情况，归纳总结了国内外基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术的工程应用现状，并指出了柔性直流输电的技术难点以及未来的应用前景。
关键词：柔性直流输电；两电平换流器；模块化多电平换流器0引言目前，日益严峻的环境与能源紧缺问题、城市人口迅速膨胀和城区合理规划迫切要求能够经济环保地实现孤岛供电、可再生能源联网，并提高现有输电走廊的电能输送能力。
显然，传统的直流或交流输电技术无法很好地解决上述难题。
随着电力电子技术的进步，柔性直流输电作为新一代直流输电技术，可使当前交直流输电技术面临的诸多问题迎刃而解，为输电方式变革和未来电网构建提供了崭新的解决方案。
1LCC -HVDC 直流输电技术的特点从高压直流输电的发展来看，1954年世界上第一个直流输电工程投入商业运行，标志着第一代直流输电技术的产生，其采用的是汞弧阀换流技术。
20世纪70年代，基于晶闸管的换流阀在直流输电领域得到应用，标志着第二代直流输电技术产生。
传统电网换相高压直流输电（Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current ，LCC -HVDC ）技术自问世以来已经过了60多年的发展，与传统的交流输电网络相比，LCC -HVDC 具有下列优势：（1）不存在稳定性问题，可在大功率系统中应用；（2）电力电子器件响应快速，可以对有功功率实现灵活控制；（3）输电线路损耗小，在远距离、大容量功率传输应用中有很高的经济性；（4）可实现不同频率或非同步的区域性特大电网互联。
柔性直流输电系统控制策略研究及其实验系统的实现一、本文概述随着可再生能源的大规模开发和利用，电力系统的运行与控制面临着前所未有的挑战。
柔性直流输电系统（VSCHVDC）作为一种新型的输电技术，因其独特的优势在电力系统中得到了广泛的应用。
本文旨在深入研究柔性直流输电系统的控制策略，并探索其实验系统的实现方法。
文章首先回顾了柔性直流输电技术的发展历程，分析了其与传统直流输电系统的区别和优势。
详细介绍了柔性直流输电系统的基本原理和关键控制技术，包括换流器控制、系统启动控制、有功和无功功率控制等。
在此基础上，本文提出了一种基于预测控制的柔性直流输电系统控制策略，并对其进行了详细的理论分析和仿真验证。
为了验证所提控制策略的有效性和可靠性，本文还设计并搭建了一套柔性直流输电系统的实验平台，详细介绍了实验平台的硬件组成、软件设计以及实验过程。
对实验结果进行了分析和讨论，验证了所提控制策略在实际应用中的可行性和优越性。
本文的研究为柔性直流输电系统的优化设计和稳定运行提供了重要的理论支持和实践指导。
二、柔性直流输电系统概述柔性直流输电系统（Flexible DC Transmission System，简称FDCTS）是一种新型的直流输电技术，它基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）和脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术，具有控制方式灵活、适应性强、无需滤波和无功补偿装置等特点，因此在大规模可再生能源并网、孤岛供电、城市电网增容和异步电网互联等领域具有广泛的应用前景。
柔性直流输电系统的核心设备是电压源换流器，与传统的电流源换流器相比，VSC具有可独立控制有功功率和无功功率、能够实现四象限运行、无需交流侧滤波器等优点。
VSC通常采用PWM技术，通过对开关器件的快速切换，实现对输出电压和电流的精确控制。
在柔性直流输电系统中，控制系统发挥着至关重要的作用。
MMC柔性直流电基本原理通常，为了减小长距离输电线路的损耗必须提高输电线路的电压等级，即必须采用高压输电。
现有的高压输电技术主要包括高压交流（HVAC）和高压直流（HVDC）两种主流技术。
由于输电线路造价低、相同绝缘条件下线路的电力输送能力强，高压直流输电技术更适用于长距离大容量的电力输送，目前，高压直流输电技术主要有：基于电流源型换流器的HVDC（LCC-HVDC），即常规直流输电技术基于电压源型换流器的HVDC（VSC-HVDC）由于可控性和兼容性更佳，VSC-HVDC在中国也被称为柔性直流输电，简称“柔直”。
近年来，模块化多电平换流器（MMC）以其模块化的结构、低谐波含量、高运行效率等优点在柔性直流输电领域获得了广泛关注，并在多个实际工程中获得应用。
对应用于直流输电系统的MMC来说，具有如下特点：换流器容量大——通常在数百至上千MW电压等级高——交、直流电压在百kV等级功率模块数量巨大——高达数百至数千例如：广东南澳多端柔直工程容量200MW，直流电压±160kV，交流电压166kV，青澳站换流器功率模块数量为1320个云南鲁西背靠背柔直工程容量1000MW，直流电压±350kV，交流电压380kV，广西侧换流器功率模块数量高达2808个现有文献对应用于柔性直流输电系统的MMC开展了较多的研究，包括电路拓扑、数学模型、调制与均压、桥臂环流谐波抑制、快速仿真方法、故障保护策略等在电路拓扑方面，现有文献重点研究了具有直流短路故障抑制能力的换流器拓扑基于半桥型功率模块构建的换流器结构简单，运行效率高，但是无法抑制直流短路故障基于全桥或者双箝位型功率模块构建的换流器具有短路故障抑制能力，但是所需功率器件多，损耗大，造价高在MMC的数学模型方面，现有文献主要对MMC的交流侧、直流侧等效模型进行了研究，分析了电容参数及桥臂电感参数的设计方法现有文献对MMC的均压与调制策略也进行了研究载波移相脉宽调制策略开关频率固定，需要对每个功率模块都进行闭环均压控制，功率模块数量较多时几乎难以实现最近电平逼近调制策略具有开关频率低、均压实现简单的特点，但是模块的开关具有随机性，功率模块的开关频率不固定在基于最近电平逼近调制策略的低开关频率均压策略方面，现有文献提出了若干方法，但是这些方法在基波周期中的大多数时间内令功率模块投切状态不变，导致模块电容电压波动范围很大现有文献分析了桥臂环流谐波分量产生的原因，推导了桥臂环流谐波特性，提出了桥臂环流dq同步旋转坐标系下多PI控制器的抑制方法，实现较为复杂；基于PR控制器的抑制方法坐标变换简便，易于实现另外，在实际工程中发现，功率模块中的控制电路具有恒功率的负载特性，负载的恒功率特性导致了MMC在不控充电阶段会出现正反馈机制的电压发散现象2.MMC基本原理MMC特点：模块化结构，冗余设计降低系统停机概率多电平输出，输出电压谐波含量低储能电容分散，降低了直流储能电容的体积单个功率模块电压等级低通过功率模块串联可以适用于高压大功率场合功率模块介绍:半桥功率模块工作状态上管（S1）开：输出电压为UC上管（S2）开：输出电压为0上管开，对电容进行充放电，定义为投入状态下管开，功率模块不参与工作，定义为切除状态2个半桥功率模块串联输出电压S2开（切除）， S4开（切除），输出电压之和为0S2开（切除）， S3开（投入），输出电压之和为UC2S1开（投入）， S3开（投入），输出电压之和为UC1+ UC2两个功率模块串联连接时输出电压为0，UC，2 UC所以当多个半桥功率模块串联输出电压所有功率模块均处于切除状态，输出电压为零；任意一个处于投入状态，输出电压为UC；任意两个处于投入状态，输出电压为2UC；任意x个功率模块均处于投入状态，输出电压为xUC。
关于柔性直流输电技术的探讨摘要：柔性直流输电技术是一种新型的直流输电技术，能够对电力系统进行快速调节，确保电力输送的稳定性，同时增加电力系统的动态无功补偿，进一步提升了电能质量，是现代化智能电网建设的重要应用技术。
本文围绕柔性直流输电技术，对其基本原理、系统结构等进行了分析，并探讨了柔性直流输电技术的应用。
关键词：柔性直流输电技术；原理；特点；应用引言近年来，全球能源消耗情况日渐严峻，我国也提出了建设资源节约型、环境友好型社会的要求，在这种背景下，构建智能、清洁、高效、可靠的输电网络成为电力行业的重要发展目标。
随着智能电网、分布式电源、可再生能源等技术的应用和发展，电网的运行压力不断增加，传统交直流输电技术呈现出很多不足之处，而柔性直流输电技术具有独立调节无功功率、无源供电能力、易于构建直流电网等特点，能够解决非线性负荷、冲击性负荷以及新能源发电并网发电等问题，在现代电网中得到了广泛应用。
在科学技术的推动下，可关断器件、直流电缆等技术进一步提升了柔性直流输电技术的性能，在未来的电网升级改造中将会发挥更大的效用，进一步推动我国电力事业的蓬勃发展。
1柔性直流输电技术概述1.1基本原理柔性直流输电技术是电力电子技术发展到一定阶段的产物，是一种基于电压源型换流器（VSC）、可控关断器件和脉宽调制技术（PWM）的新一代直流输电技术，其中电压源型换流器（VSC）为柔性直流输电技术的控制核心。
柔性直流输电技术主要是利用脉冲调制技术（PWM）控制电压源型换流器（VSC）实现直流输电，在这个过程中，调制波与三角载波通过比较生成触发脉冲，如图1所示，施加到电压源型换流器中，使其上下臂的开关实现高频通断，开关的通断桥臂中点电压Uc在+Ud和—Ud两个固定电压之间进行反复切换，之后通过电抗器进行滤波处理，从而生成三项交流电压Us，反馈到电网中【1】。
柔性直流输电技术能够实现无功功率和有功功率的同步控制，具有灵活的控制方式，从而为电网提供可靠的交流电压。
可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述周敏，张劲松，刘宇思中国能源建设集团广东省电力设计研究院摘要：为分析不同可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑结构的技术特点，围绕模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)，建立了基于几种可控电压源型换流器拓扑的柔性直流输电系统电磁暂态模型，结合PSCAD/EMTDC 的数字仿真结果，验证了所提出的换流器拓扑结构及其输电方案的可行性。
关键词：柔性直流输电可控电压源型换流器模块化多电平换流器1引言柔性直流输电技术是高压大功率电力电子应用领域的制高点，该技术在新能源接入（特别是近海风电接入）、向无源电网供电（如海岛供电，海上钻井平台）、异步电网互联、城市配网等诸多领域有着广阔的应用前景，因此吸引了学术界和工业界越来越多的关注。
国内外投入的十几个柔性直流输电工程也都取得了不错的成效，其中绝大部分工程的换流器采用两电平或三电平拓扑结构。
IEC/TR 62543技术报告[1]将电压源型柔性直流输电换流器拓扑分为两种：开关型（“switch” type）拓扑和可控电压源型（“controllable voltage source” type ）拓扑。
开关型拓扑，即目前绝大多数工程采用的两电平或三电平拓扑，其明显特点为直流储能电容器组并接于直流侧，运行时换流桥臂中电流不连续；而以MMC为代表的可控电压源型拓扑的储能电容器分布在换流桥臂的子模块中，运行时换流桥臂中有连续电流流过。
两类拓扑各自的优势在相关文献中已有较详细的总结[2-7]。
较晚出现的可控电压源型拓扑以其诸多优势，成为未来柔性直流输电换流器拓扑的发展趋势，这从目前国内外最新投运的工程（2010年的美国 Trans Bay Cable工程、2011年的上海南汇工程）和在建的工程（如大连跨海工程、舟山5端工程、南澳风电场接入3端工程、德国Borwin2工程）中可见一斑。
2MMC换流器基本结构2002年，德国学者R. Marquart 和A. Lesnicar 最早提出了MMC拓扑结构的概念[2]，该拓扑奠定可控电压源型换流器的基础，之后有学者和公司相继提出了许多拓扑，基本结构和运行原理都跟MMC 很类似。
MMC的建模、控制、调制、器件参数选择在文献中有详细论述[2-7] ，MMC的拓扑结构如图1所示。
在图1中，Vsbc为换流器接入的交流系统，为获得合适的直流电压利用率，换流器一般通过连接变压器T与交流系统相接。
SM*（*为1~n）为可控电压源换流器子模块（Submodule），最先提出的MMC 子模块半桥拓扑如图2（a）所示，目前国内外最新投运的可控电压源型换流器柔性直流输电工程均使用MMC拓扑，该拓扑已经在工业界取得了较高的认可度。
3其他可控电压源型换流器子模块结构尽管MMC换流器较开关型换流器在损耗、谐波、模块化程度上有着显著优势，但该技术本身还带有固定的技术局限性，如仍然不具备直流故障清除能力、在高压大容量应用领域模块数会急剧增大造成控制系统的高复杂性。
针对MMC拓扑的不足，工业界和学术界提出了许多方案[8-10]，最主要的区别在于与图2（a）所示子模块内不同的拓扑结构。
（１）ABB公司级联型两电平换流器结构如图2（b）所示，是ABB提出的级联型两电平的子模块，其核心思路：（1）使用压接式的具有短路失效模式（Short Circuit Failure Mode，SCFM）的IGBT以提高子模块可靠性、简化子模块硬件设计。
IGBT的短路失效模式和串联均压技术仅为ABB等少数公司掌握，是两电平、三电平换流器工程必不可少的，因此2010年之前的开关型换流器柔性直流输电工程几乎被ABB公司垄断。
当子模块电力电子开关（IGBT或其反并联二极管）发生故障，故障时释放的能量将使开关内金属小板迅速被融化，并与硅片形成稳定的的合金，保证故障器件仍维持可靠的导通状态，等价于被导线短路，故障后子模块总输出电压不变，各个串联的IGBT承受电压有所上升。
ABB的实测数据表明，损坏后的IGBT仍能够通过SCFM模式维持运行一年，故障器件可以等到下一次维护期满时再更换，提高了整个设备的可靠性。
如图2（a）所示，MMC每个子模块都需要旁路晶闸管K1，在子模块故障时切除子模块。
而有SCFM模式不需要额外的晶闸管，电力电子开关故障也不需要额外的保护动作，因此减少了设备投资简化了保护系统的复杂性。
（2）使IGBT阀级控制较简单。
由于IGBT串联，单个子模块的输出电压不受限于单个IGBT可承受的电压，子模块输出电压可以设计得较高，与直流侧总电压相同的MMC拓扑相比，图1所示桥臂子模块数量会相应降低，因为可控电压源型换流子模块电容电压平衡控制算法复杂[6]，当换流桥臂子模块数较少时，可以降低控制器的复杂程度。
（２）具有直流短路闭锁能力的换流器拓扑开关型换流器和以上两种可控电压源型换流器的一个缺点是不具备直流短路闭锁能力，当直流侧发生短路时，尽管可以关断所有的IGBT，但是IGBT反并联的二极管为短路电流提供通路，短路电流不能被切断，因此当发生直流侧短路时，只能断开交流断路器，这使得系统的再启动过程比较缓慢，而且频繁操作交流断路器会缩短其使用寿命，因此许多柔性直流输电工程选择昂贵的直流电缆来降低直流侧故障率，架空线路的使用受到限制。
Alstom等公司将ST A TCOM中广泛使用的全桥子模块拓扑结构引入柔性直流输电领域，学术界也提出了一致的思路[10，11]。
其子模块如图2（c）所示，该拓扑可以闭锁直流侧短路电流。
当控制保护系统检测到直流侧发生短路后，闭锁所有的IGBT，直流侧短路电流可以被立即消除，直流短路电流通路如图3、图4所示。
由图2（c）也可知，与MMC半桥子模块相比，全桥子模块拓扑代价不菲，IGBT数量增加了一倍，增加工程总投资，但是全桥子模块输出电压除了MMC子模块可输出的Vc,0以外，（Vc为子模块电容电压）还可以输出-Vc，-Vc可在晶闸管LCC高压直流输电的调压中发挥独特作用。
为降低全桥子模块换流器电力电子器件数量且具有直流闭锁能力，R. Marquart也对MMC子模块内拓扑做出了改进，提出了钳双子模块（Clamp Double Submodule，CDSM）如图2(d)所示[10,11]。
该子模块在全桥子模块中增加了一个IGBT、一个电容器和两个二极管，使子模块可输出三个电压2Vc,Vc,0。
与全桥拓扑相比降低了单位电压需要的器件数量。
该拓扑正常运行时钳位IGBT T5一直导通，此时钳双子模块的等效为两个MMC半桥子模块，当直流侧短路故障发生时，控制系统闭锁所有IGBT，短路电流通路如图4所示，类似全桥子模块，短路电流将被闭锁。
4有直流闭锁能力的可控电压源型换流器直流侧短路故障分析当子模块如图2（c）所示的全桥子模块柔性直流输电系统直流侧发生短路时，所有IGBT关断，电流只能流过反并联二极管，无论电流是流进还是流出子模块，都只能向子模块电容充电，如图3（a）、(b)所示。
与此类似，当直流故障发生在子模块如图2（d）所示的钳双子模块柔性直流输电系统中，所有IGBT关断后，电流也只能分别向两个子模块电容充电，如图3(c)、(d)。
以全桥MMC拓扑为例分析，所有的IGBT闭锁后，此时桥臂子模块可等效为二极管与充满电的子模块电容串联，由于此时桥臂等效电容电压N*Vc高于交流侧峰值（N为桥臂子模块数），交流侧电流无法注入直流侧，直流侧短路电流立即消失，图1所示柔性直流输电换流器直流短路电流通路如图4所示。
5仿真验证为验证4种不同子模块拓扑结构的可控电压源型换流器柔性直流输电系统的可行性，分别在PSCAD/EMTDC中搭建了系统参数一致的4个模型，系统参数为：直流电压为±150kV，两端交流系统电压为110kV，短路容量为40kA，上下桥臂电抗值为0.1(标幺值) ，换流器通过联结变压器接入交流系统，如图1，联结变压器取合适变比使换流器直流电压利用率在0.9至0.95之间，既充分利用了直流电压又为发出无功留有一定裕度，联结变压器漏抗为0.05(标幺值) ，单个桥臂子模块电容个数为10个，子模块电容值为2500uF。
一端换流站定直流电压控制，另一端定有功、无功控制，有功功率传送量为300MW。
换流器控制采用经典dq轴矢量控制，调制方式为最近电平逼近法，排序法平衡各子模块电容电压[6，7]，4个模型所有控制参数均保持一致。
将4个模型的仿真结果与相关论文结果比较[12]，可知所有主电路稳态运行数据基本一致。
此处仅以钳双子模块换流器仿真为例说明。
图5（a）为图1中A、B、C三点稳定运行时换流器出口电压。
图5（b）分别为任意选取的A相上桥臂3个子模块电容电压值和A相下桥臂3个子模块电容电压值，排序法可以将电容电压稳定在较小的波动范围内。
在2.0s时直流架空线路发生短路故障，短路过电流引起IGBT 全部闭锁，无需交流断路器动作，短路电流立即被消除，A、B、C三点交流电流波形如图5（c）所示。
在未来直流线路需要架空线代替电缆的工程中，有直流闭锁能力的可控电压源型换流器有巨大的潜力。
从图5波形也可定性的看出可控电压源型换流器的优势，由于PSCAD仿真能力有限，当实际工程中子6结论随着柔性直流输电市场需求的不断扩大和高压大功率电力电子技术的不断进步，国内外科研工作者在换流器拓扑结构继续创新。
可控电压源型换流器拓扑凭借诸多优势，是未来柔性直流输电换流器拓扑的发展趋势。
参考文献[1]IEC/TR 62543 Technical report. High-voltage direct current (HVDC) power transmission using voltage sourced converter (VSC). 2011-03.[2]Lesnicar A, Marquardt R. A new modular voltage source inverter topology[C]. European Conference on Power Electronics and Applications (EPE), 2003: 1-10.[3]M. Glinka and R. Marquardt, “A new ac/ac multilevel converter family,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 52, no. 3, pp. 662–669, Jun. 2005.[4]Hagiwara M, Akagi H. Control and experiment of pulsewidth-modulated modular multilevel converters[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2009, 24(7): 1737-1746.[5]管敏渊，徐政，屠卿瑞，等．模块化多电平换流器型直流输电的调制策略[J]．电力系统自动化，2010，34(2)：48-52．[6]刘钟淇，宋强，刘文华．基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统[J]．电力系统自动化，2010，34(2): 53-58．[7]王姗姗，周孝信，汤广福，等.模块化多电平电压源换流器的数学模型. 中国电机工程学报，2011，31（24）：1-8.[8]徐政，屠卿瑞，裘鹏. 从2010国际大电网会议看直流输电技术的发展方向. 高电压技术,2010,36(12):3070-3077.[9]Jacobson B, Karlsson P, Asplund G, et al. VSC-HVDC transmission with cascaded two-level converters[C]// CIGRE Session. Paris, France: CIGRE, 2010.[10]Modular Multilevel Converter Topologies with DC-Short Circuit Current Limitation.[11]DC-Side Fault Current Management in extended Multiterminal-HVDC-Grids.[12]屠卿瑞，徐政，郑翔，等．模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析[J]．高电压技术，2010，36(2)：547-552．作者简介：周敏，1983.1～，硕士，上海交通大学，中国能源建设集团广东省电力设计研究院，工程师，主要从事柔性输电方面的研究。
