Ein hybrider dreistufiger und modularer Mehrstufenwandler mit Gleichstrom-Fehlerabschaltung und reduzierten Halbleiterverlusten

In diesem Beitrag wird ein hybrider Dreistufen-Umrichter (H3LC) mit auf der Wechselstromseite kaskadierten Vollbrücken-Submodulen (FBSM) für die Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HVDC) vorgeschlagen. Der Dreistufen-Umrichter arbeitet mit einer Schaltfrequenz der Grundfrequenz, um Rechteck-Ausgangsspannungen zu modulieren. Die Wechselstromausgänge des Dreistufen-Umrichters sind mit kaskadierten FBSMs verbunden, die die Rechteckspannungen am gemeinsamen Kopplungspunkt in mehrstufige Sinusspannungen umformen. Durch die Einspeisung von Spannungsharmonischen dritter Ordnung kann die Wechselstrom-Kettenverbindungsspannung auf ein Viertel der Gleichstromspannung begrenzt werden, was die Anzahl der FBSMs und die damit verbundenen Halbleiterverluste reduziert. Der H3LC ist in der Lage, Gleichstrom-Pol-zu-Pol-Fehler mithilfe der wechselstromseitigen FBSMs und der vorgeschlagenen Schutzzweige zu blockieren, von denen jeder aus einem verlustarmen, laststromführenden Zweig und einem Hauptschalter besteht. Simulationsstudien belegen die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Umrichters für die unabhängige Regelung von Wirk- und Blindleistung sowie für die Blockierung von Gleichstrom-Pol-zu-Pol-Fehlern. Im Vergleich zu anderen hochmodernen HGÜ-Umrichtertopologien mit Gleichstrom-Pol-zu-Pol-Fehlerblockierungsfähigkeit, d. h. dem modularen Mehrpegel-Umrichter mit gemischter Halb- und Vollbrücke sowie dem hybriden Zweipegel-Umrichter mit auf der Wechselstromseite kaskadierten FBSMs, bietet der vorgeschlagene H3LC geringere Halbleiterverluste aufgrund der Schaltung bei Grundfrequenz des Dreipegel-Umrichters und der reduzierten Anzahl von Submodulen.