Hybrid Converters for HVDC Transmission

Tid: On 2019-11-20 kl 10.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Panagiotis Bakas , Elkraftteknik, Power Electronics

Opponent: Professor Stephen Finney, University of Edinburgh

Handledare: Professor Lennart Harnefors, Elkraftteknik, ABB Corporate Research; Associate Professor Staffan Norrga, Elkraftteknik; Professor Hans-Peter Nee, Elkraftteknik

Abstract

Linjekommuterade (LCC) och spänningsstyva (VSC) omvandlare är de två huvudteknologier som används i högspänd likströmsöverföring (HVDC). Beroende på applikationskraven kan den ena varianten vara mer fördelaktig än den andra. LCC är teknologiskt mogen, har hög effektivitet och hög överföringskapacitet, men det saknar förmåga att styra den reaktiva effekten oberoende av den aktiva effekten. LCC är också känslig för ac-linjefel. VSC har inte dessa brister och erbjuder dessutom möjlighet till så kallad “black start”. Den harmoniska prestandan är överlägsen. Dock är tekniken mindre mogen, har något lägre verkningsgrad och lägre överföringskapacitet än LCC. Sålunda kan kombinationen av LCC- och VSC-teknologierna ge hybridomvandlare som utnyttjar de komplementära egenskaperna och därför lämpar sig väl i HVDC-applikationer. Huvudsyftet med denna avhandling är att undersöka befintliga och utveckla nya hybridomvandlare som kombinerar de komplementära egenskaperna hos LCC- och VSC-teknologierna.

Omvandlarna som undersöks i denna avhandling är uppdelade i två huvudkategorier: (a) strömstyv och (b) spänningsstyv. Den förstnämnda kategorin innefattar hybridomvandlare som är baserade på LCC-strukturen och använder en VSCdel antingen för att kompensera den förbrukade reaktiva effekten, för aktiv filtrering av strömövertonerna som genereras av LCC-omvandlaren, för att oberoende styra aktiv och reaktiv effekt eller för att uppnå en kombination av dessa funktioner. Fyra olika strömstyva hybridomvandlare har undersökts och jämförts med avseende på funktionalitet, ledningsförluster och halvledarkrav.

Den andra kategorin innehåller mer komplexa kretsar som kombinerar tyristorer och modulära VSC-element på sätt som gör det möjligt för dessa hybridomvandlare att fungera som VSC och för att uppnå hög överföring av aktiv effekt. Två nya spänningsstyva hybridomvandlare analyseras och jämförs med avseende på aktiv effekt, halvledarkrav och styrbarhet. Denna studie visar att den så kallade "hybrid alternate-common-arm converter" (HACC) är den mest intressanta topologin. Därför utförs en djupgående analys för denna omvandlare. Den teoretiska analysen visar att HACC under vissa driftsförhållanden kan överföra två gånger den aktiva effekten hos en modulär multinivåomvandlare med fullbryggor (FB-MMC) med lägre halvledarbehov per enhet av aktiv effekt. Dock reduceras överföringsförmågan om den totala kommuteringstiden för tyristorerna och/eller effektvinkeln överskrider vissa värden. Slutligen redovisas simuleringar och experimentella resultat för att verifiera den teoretiska analysen och påvisa fördelarna med HACC-topologin.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-262704

Tillhör: Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS)
Senast ändrad: 2019-10-23