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BS EN 62751-2:2014 Power losses in voltage sourced converter (VSC) valves for high-voltage direct current (HVDC) systems - Modular multilevel converters, 2014
- EN62751-2{2014}e.pdf [Go to Page]
- Foreword
- Endorsement notice
- Annex ZA (normative) Normative references to international publications with their corresponding European publications
- 30312672-VOR.pdf [Go to Page]
- English [Go to Page]
- CONTENTS
- FOREWORD
- 1 Scope
- 2 Normative references
- 3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms [Go to Page]
- 3.1 Terms and definitions
- 3.2 Symbols and abbreviated terms [Go to Page]
- 3.2.1 Valve and simulation data
- 3.2.2 Semiconductor device characteristics
- 3.2.3 Other component characteristics
- 3.2.4 Operating parameters
- 3.2.5 Loss parameters
- 4 General conditions [Go to Page]
- 4.1 General
- 4.2 Principles for loss determination
- 4.3 Categories of valve losses
- 4.4 Loss calculation method
- 4.5 Input parameters [Go to Page]
- 4.5.1 General
- 4.5.2 Input data for numerical simulations
- 4.5.3 Input data coming from numerical simulations
- 4.5.4 Converter station data
- 4.5.5 Operating conditions
- 5 Conduction losses [Go to Page]
- 5.1 General
- 5.2 IGBT conduction losses
- 5.3 Diode conduction losses
- 5.4 Other conduction losses
- 6 DC voltage-dependent losses
- 7 Losses in d.c. capacitors of the valve
- 8 Switching losses [Go to Page]
- 8.1 General
- 8.2 IGBT switching losses
- 8.3 Diode switching losses
- 9 Other losses [Go to Page]
- 9.1 Snubber circuit losses
- 9.2 Valve electronics power consumption [Go to Page]
- 9.2.1 General
- 9.2.2 Power supply from off-state voltage across each IGBT
- 9.2.3 Power supply from the d.c. capacitor
- 10 Total valve losses per HVDC substation
- Annex A (informative) Description of power loss mechanisms in MMC valves [Go to Page]
- A.1 Introduction to MMC Converter topology
- A.2 Valve voltage and current stresses [Go to Page]
- A.2.1 Simplified analysis with voltage and current in phase
- A.2.2 Generalised analysis with voltage and current out of phase
- A.2.3 Effects of third harmonic injection
- A.3 Conduction losses in MMC building blocks [Go to Page]
- A.3.1 Description of conduction paths
- A.3.2 Conduction losses in semiconductors
- A.3.3 MMC building block d.c. capacitor losses
- A.3.4 Other conduction losses
- A.4 Switching losses [Go to Page]
- A.4.1 Description of state changes
- A.4.2 Analysis of state changes during cycle
- A.4.3 Worked example of switching losses
- A.5 Other losses [Go to Page]
- A.5.1 Snubber losses
- A.5.2 DC voltage-dependent losses
- A.5.3 Valve electronics power consumption
- A.6 Application to other variants of valve [Go to Page]
- A.6.1 General
- A.6.2 Two-level full-bridge MMC building block
- A.6.3 Multi-level MMC building blocks
- Bibliography
- Figures [Go to Page]
- Figure 1 – Two basic versions of MMC building block designs
- Figure 2 – Conduction paths in MMC building blocks
- Figure A.1 – Phase unit of the modular multi-level converter (MMC) in basic half-bridge, two-level arrangement, with submodules
- Figure A.2 – Phase unit of the cascaded two-level converter (CTL) in half-bridge form
- Figure A.3 – Basic operation of the MMC converters
- Figure A.4 – MMC converters showing composition of valve current
- Figure A.5 – Phasor diagram showing a.c. system voltage, converter a.c. voltage and converter a.c. current
- Figure A.6 – Effect of 3rd harmonic injection on converter voltage and current
- Figure A.7 – Two functionally equivalent variants of a “half-bridge”, two-level MMC building block
- Figure A.8 – Conducting states in “half-bridge”, two-level MMC building block
- Figure A.9 – Typical patterns of conduction for inverter operation (left) and rectifier operation (right)
- Figure A.10 – Example of converter with only one MMC building block per valve to illustrate switching behaviour
- Figure A.11 – Inverter operation example of switching events
- Figure A.12 – Rectifier operation example of switching events
- Figure A.13 – Valve current and mean rectified valve current
- Figure A.14 – IGBT and diode switching energy as a function of collector current
- Figure A.15 – Valve voltage, current and switching behaviour for a hypothetical MMC valve consisting of 5 submodules
- Figure A.16 – Power supply from IGBT terminals
- Figure A.17 – Power supply from IGBT terminals in cell
- Figure A.18 – Power supply from d.c. capacitor in submodule
- Figure A.19 – One “full-bridge”, two-level MMC building block
- Figure A.20 – Four possible variants of three-level MMC building block
- Tables [Go to Page]
- Table 1 – Contributions to valve losses in different operating modes
- Table A.1 – Hard switching events
- Table A.2 – Soft switching events
- Table A.3 – Summary of switching events from Figure A.15
- Français [Go to Page]
- SOMMAIRE
- AVANT-PROPOS
- 1 Domaine d’application
- 2 Références normatives
- 3 Termes, définitions, symboles et abréviations [Go to Page]
- 3.1 Termes et définitions
- 3.2 Symboles et abréviations [Go to Page]
- 3.2.1 Valve et données de simulation
- 3.2.2 Caractéristiques du dispositif à semi-conducteur
- 3.2.3 Autres caractéristiques de composant
- 3.2.4 Paramètres de fonctionnement
- 3.2.5 Paramètres de perte
- 4 Conditions générales [Go to Page]
- 4.1 Généralités
- 4.2 Principe de détermination des pertes
- 4.3 Catégories de pertes de la valve
- 4.4 Méthode de calcul des pertes
- 4.5 Paramètres d’entrée [Go to Page]
- 4.5.1 Généralités
- 4.5.2 Données d’entrée pour les simulations numériques
- 4.5.3 Données d’entrée provenant des simulations numériques
- 4.5.4 Données du poste de conversion
- 4.5.5 Conditions de fonctionnement
- 5 Pertes de conduction [Go to Page]
- 5.1 Généralités
- 5.2 Pertes de conduction de l’IGBT
- 5.3 Pertes de conduction de la diode
- 5.4 Autres pertes de conduction
- 6 Pertes dépendant de la tension c.c.
- 7 Pertes dans les condensateurs c.c. de la valve
- 8 Pertes de commutation [Go to Page]
- 8.1 Généralités
- 8.2 Pertes de commutation de l’IGBT
- 8.3 Pertes de commutation de la diode
- 9 Autres pertes [Go to Page]
- 9.1 Pertes du circuit d’amortissement
- 9.2 Consommation de puissance de l’électronique de valve [Go to Page]
- 9.2.1 Généralités
- 9.2.2 Alimentation électrique à partir de la tension à l’état bloqué de chaque IGBT
- 9.2.3 Alimentation électrique à partir du condensateur c.c.
- 10 Pertes totales de la valve par poste CCHT
- Annexe A (informative) Description des mécanismes de perte de puissance dans les valves à MMC [Go to Page]
- A.1 Introduction à la topologie du convertisseur MMC
- A.2 Tension de valve et contraintes de courant [Go to Page]
- A.2.1 Analyse simplifiée avec tension et courant en phase
- A.2.2 Analyse généralisée avec déphasage de tension et de courant
- A.2.3 Effets de l’injection du troisième harmonique
- A.3 Pertes de conduction dans les blocs modules MMC [Go to Page]
- A.3.1 Description des chemins de conduction
- A.3.2 Pertes de conduction dans les semi-conducteurs
- A.3.3 Pertes du condensateur c.c. du bloc module MMC
- A.3.4 Autres pertes de conduction
- A.4 Pertes de commutation [Go to Page]
- A.4.1 Description des changements d’état
- A.4.2 Analyse des changements d’état pendant le cycle
- A.4.3 Exemple pratique de pertes de commutation
- A.5 Autres pertes [Go to Page]
- A.5.1 Pertes du circuit d’amortissement
- A.5.2 Pertes dépendant de la tension c.c.
- A.5.3 Consommation de puissance de l’électronique de valve
- A.6 Application à d’autres variantes de valve [Go to Page]
- A.6.1 Généralités
- A.6.2 Bloc module MMC en pont intégral à deux niveaux
- A.6.3 Blocs modules MMC multiniveaux
- Bibliographie
- Figures [Go to Page]
- Figure 1 – Deux versions de base des conceptions de bloc module MMC
- Figure 2 – Chemins de conduction dans les blocs module MMC
- Figure A.1 – Unité de phase du convertisseur multiniveaux modulaire (MMC) en disposition à deux niveaux en demi-pont, avec sous-modules
- Figure A.2 – Unité de phase du convertisseur à deux niveaux monté en cascade (CTL) en demi-pont
- Figure A.3 – Fonctionnement de base des convertisseurs MMC
- Figure A.4 – Convertisseurs MMC montrant la composition du courant de valve
- Figure A.5 – Schéma de phase illustrant la tension d’un système c.a., la tension c.a. d’un convertisseur et le courant c.a. d’un convertisseur
- Figure A.6 – Effet de l’injection du 3ème harmonique sur la tension et le courant du convertisseur
- Figure A.7 – Deux variantes équivalentes d’un point de vue fonctionnel d’un bloc module MMC à deux niveaux "en demi-pont"
- Figure A.8 – États de conduction dans un bloc module MMC à deux niveaux "en demi-pont"
- Figure A.9 – Modèles de conduction classiques pour le mode de fonctionnement en onduleur (à gauche) et le mode de fonctionnement en redresseur (à droite)
- Figure A.10 – Exemple de convertisseur doté d’un seul bloc module MMC par valve afin d’illustrer le comportement de commutation
- Figure A.11 – Exemple de fonctionnement en mode onduleur des événements de commutation
- Figure A.12 – Exemple de fonctionnement en mode redresseur des événements de commutation
- Figure A.13 – Courant de valve et courant de valve redressé moyen
- Figure A.14 – Énergie de commutation de l’IGBT et de la diode en fonction du courant du collecteur
- Figure A.15 – Tension, courant et comportement de commutation d’une valve MMC hypothétique composée de 5 sous-modules
- Figure A.16 – Alimentation à partir des bornes de l’IGBT
- Figure A.17 – Alimentation à partir des bornes de l’IGBT de la cellule
- Figure A.18 – Alimentation à partir du condensateur c.c. du sous-module
- Figure A.19 – Bloc module MMC à deux niveaux «en pont intégral»
- Figure A.20 – Quatre variantes possibles de bloc module MMC à trois niveaux
- Tableaux [Go to Page]
- Tableau 1 – Contributions aux pertes de valve dans les différents modes de fonctionnement
- Tableau A.1 – Événements de commutation durs
- Tableau A.2 – Événements de commutation doux
- Tableau A.3 – Récapitulatif des événements de commutation issus de la Figure A.15 [Go to Page]