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模塊化多電平換流器三相橋臂電抗器有限元仿真分析

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模塊化多電平換流器三相橋臂電抗器有限元仿真分析

張志成，張公一，劉凱，謝文剛

(山東泰開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司，山東泰安 271000)

摘要：在模塊化多電平換流器 (MMC) 運(yùn)行過(guò)程中，由于每相橋臂上電容電壓不相等，極易出現(xiàn)橋臂電壓不平衡現(xiàn)象，伴隨著橋臂中直流分量出現(xiàn)三相不相等情況，極易導(dǎo)致三相電抗器中其中一相偏磁過(guò)大，造成三相橋臂中電流不平衡，內(nèi)部出現(xiàn)零序環(huán)流，該環(huán)流進(jìn)入直流側(cè)加劇直流側(cè)電壓、電流及功率的波動(dòng)。利用有限元仿真軟件搭建 MMC 解耦后的直流側(cè)等效電路，針對(duì)三相鐵芯橋臂電抗器輸入和輸出特性進(jìn)行電磁場(chǎng)瞬態(tài)仿真，通過(guò)在磁芯上引入非線性 B-H 曲線效果，計(jì)算了電磁場(chǎng)空間分布和磁飽和效應(yīng)等，分析在 MMC 三相橋臂中直流分量分布不同工況下對(duì)各相電感量及直流側(cè)電流波動(dòng)特性的影響，為 MMC 三相橋臂電抗器的設(shè)計(jì)及選擇提供了參考。

關(guān)鍵詞：模塊化多電平換流器(MMC) ；橋臂電抗器；直流分量；電流波動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM46 ；TM47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3175(2021)08-0024-05

Finite Element Simulation Analysis of Three-Phase Bridge Arm Reactor of MMC

ZHANG Zhi-cheng, ZHANG Gong-yi, LIU Kai, XIE Wen-gang

（Shandong Taikai High Voltage Switchgear Co., Ltd, Taian 271000, China）

Abstract: During the operating of modular multilevel converter (MMC), the unequal capacitance voltage on every phase of the bridge arm usually causes unbalanced voltage. Due to the unequal three-phase DC component in bridge arms, the unbalanced DC component is easily to cause one phase the excessive magnetic bias in the three-phase reactor, and results in the inside zero-sequence circulating current, which could flow in DC side to intensify the fluctuation of voltage, current and power. In this paper, finite element modelling is utilized to develop an equivalent DC circuit and to simulate the transient electromagnet field according to the input and output characteristics of three-phase bridge arm reactor. Then, the distribution of electromagnet field and the saturation magnetization are analyzed by setting a simulated nonlinear B-H curve in magnetic core. As a result, the effects of MMC on the inductance and the fluctuation of current on DC side under different distribution of DC component are concluded, which could contribute to the design and selection of three-phase bridge arm reactor for MMC.

Key words: modular multilevel converter (MMC); bridge arm reactor; DC component; fluctuation of current

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