Reaction of grid-connected converters to unsymmetrical grid voltages with focus on modular multilevel converters

摘要

The topology and the resulting properties of power-electronic converters influence mitigation concepts for undesirable power oscillations in the connected assets. Power theory in general provides an answer for the optimal way to operate under aspects of efficient energy transmission. However, practical aspects and design considerations (including size and cost) as well as grid-code specifications also influence the chosen technical solution. With this background, control objectives have to be related to the technical options available and the demands given by e.g. grid codes. One aspect frequently discussed is the mitigation of power fluctuations with double line frequency resulting from unsymmetrical AC-grid voltages. In case of conventional voltage- and current-source-based converters, where the converter itself does not contain any energy storage, these power fluctuations affect the DCside. This paper concentrates on the special case of modular multilevel converters (MMC) where the converter itself contains relevant energy-storage devices. For this appli-cation, a contml structure is described which incorporates the optimal coupling between ACside and DCside also under unsymmetrical AC-grid voltages and smoothly transits from symmetrical to unsymmetrical conditions.%Topologia I wynikające z niej właściwości przekształtników energoelektronicznych oddziałują na koncepcje ograniczania niepożądanych oscylacji w sieciach rozdzielczych. Teoria mocy dostarcza ogólnie odpowiedzi odnośnie pracy systemu, z punktu widzenia skutecznej transmisji energii. Aspekty praktyczne oraz warunki projektowe (wliczając w to rozmiary I koszt) jak również standardy sieciowe, mają także wpływ na rozwiązania techniczne. Mając powyższe na uwadze, cele sterowania muszą być związane z dostępnymi możliwościami technicznymi I wymaganiami standardów sieciowych. Jednym, często dyskutowanym problemem jest ograniczanie zmienności mocy z podwójną częstotliwością sieci, spowodowanej asymetrią napięcia. W przypadku przekształtników konwencjonalnych ze źródłem napięciowym lub źródłem prądowym, nie mających żadnych źródeł energii, ta zmienność mocy oddziałuje na stronę prądu stałego przekształtnika. Artykuł skupia się na szczególnych przypadkach modularnych wielopoziomowych przekształtników (MMC) mających odpowiednie zasobniki energii. W artykule przedstawiona jest struktura sterowania takich przekształtników, która zawiera optymalne sprzężenie między stroną prądu zmiennego I stroną prądu stałego przekształtnika, działająca również w warunkach asymetrii napięć w sieci prądu zmiennego I łatwo przechodząca z warunków zasilania symetrycznego do asymetrycznego.