一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法

摘要

本发明公开了输配电领域的一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法。其技术方案是，将模块化多电平换流器MMC上下桥臂电抗器的电抗值和变压器电抗等效为一个总的等效电抗值L；以交流侧电流波动不超过交流侧额定相电流的设定比例为目标，反推L的下限值；并将等效电抗值L还原为上下桥臂电抗值。本发明提供了一种有效的、符合工程实际的模块化多电平换流器MMC桥臂电抗器值的计算方法，从而得到模块化多电平换流器MMC合理的主回路参数，使得模块化多电平换流器MMC运行参数满足抑制桥臂谐波电流的需要。

主权项

一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法，具体包括以下步骤：步骤1：将模块化多电平换流器上下桥臂电抗器的电抗值和变压器电抗等效为一个总的等效相电抗器值L；步骤2：以交流侧电流波动不超过交流侧额定相电流的设定比例为目标，建立关于等效相电抗器值L方程，求解得出等效相电抗器值L的下限L_min；步骤3：设定所用变压器电抗L_T的值，并将等效相电抗器值L的下限L_min还原为上下桥臂电抗器的电抗值下限：L_0min＝2(L_min‑L_T)；所述对模块化多电平换流器进行等效的过程中，上下桥臂电抗器并联等效为并且与变压器电抗L_T为串联关系，得到等效相电抗器值其中，L₀为MMC桥臂电抗器值；所述建立关于等效相电抗器值L方程，求解等效相电抗器值L的下限L_min的具体过程为：步骤301：通过三相模块化多电平换流器的拓扑结构，得到a相的电压计算方程：$L\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{sa}}}{\mathrm{dt}}=u_{\mathrm{sa}}-u_{\mathrm{AN}}---\left(1\right)$u_sa＝U_sacosωt      (2)$u_{\mathrm{AN}}=-u_{\mathrm{pa}}+\frac{U_{\mathrm{dc}}}{2}=-\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{S}_{\mathrm{jpa}}{U}_0+\frac{U_{\mathrm{dc}}}{2}=\mathrm{Round}\left[U_{\mathrm{AN}}\cos (\mathrm{\omega t}-\delta )\right]---\left(3\right)$式中，u_AN为模块化多电平换流器直流输电系统换流器a相出口侧上桥臂的输出电压，U_AN为u_AN的幅值；u_sa为交流系统a相等效交流电压，U_sa为u_sa的幅值；i_sa为交流系统等效a相交流电流值；L为等效相电抗器值；Round为最近取整函数；u_pa为模块化多电平换流器的a相上桥臂电压；U_dc为直流母线电压；S_jpa为第j个子模块的开关函数；U₀为子模块输出电压；ω是角速度，t是时间，δ是初相角；通过式(1)、(2)和(3)得到a相电流增量方程为：${\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{sa}}=\frac{T}{L}[u_{\mathrm{sa}}-u_{\mathrm{AN}}]=\frac{T}{L}\{U_{\mathrm{sa}}\cos \mathrm{\omega t}-\mathrm{Round}[U_{\mathrm{AN}}\cos (\mathrm{\omega t}-\delta )\left]\right\}$当cosωt＝1时，其取最大值为其中，u_AN为模块化多电平换流器直流输电系统换流器a相出口侧上桥臂的输出电压，U_AN为u_AN的幅值；u_sa为交流系统a相等效交流电压，U_sa为u_sa的幅值；i_sa为交流系统等效a相交流电流值；L为等效相电抗器值；Round为最近取整函数；M为模块化多电平换流器系统的调制比；T为一个载波周期；Δi_max为a相电流增量的最大值；ω是角速度，t是时间，δ是初相角；步骤302：通过步骤301得到最大谐波电流波动大小下的等效相电抗器值L的下限计算式：$L_{\min }=\frac{U_{\mathrm{sa}}-\frac{M}{2}{U}_{\mathrm{dc}}}{{\mathrm{\Delta i}}_{\max }{f}_c}$其中，u_sa为交流系统a相等效交流电压，U_sa为u_sa的幅值，L为等效相电抗器值，L_min为L的下限值；Δi_max为a相电流增量的最大值；M为模块化多电平换流器系统的调制比,M的取值范围为:0≤M≤1；U_dc为直流母线电压；f_c为等效载波频率:f_c＝200×n，单位：赫兹，n为模块数；步骤303：通过步骤301和302得到变压器二次侧的a相交流电压值的计算公式为：$U_{\mathrm{sa}}=\frac{1}{\sqrt{3}}\times \frac{\mathrm{\mu M}}{\sqrt{X^{*2}-{2Q}^{*}{X}^{*}+1}}\times U_{\mathrm{dc}}$$X^{*}=\frac{\mathrm{\omega L}}{\left(\frac{U_N^2}{S_N}\right)}=\frac{S_N\omega }{U_N^2}L$式中，μ为直流电压利用率M为模块化多电平换流器系统的调制比,M的取值范围为:0≤M≤1；X^*为等效相电抗器值L的电抗标幺值；Q^*为系统无功标幺值；S_N为换流器容量，单位：兆伏安；U_N为变压器一次侧电压，单位：千伏；步骤304：通过步骤302和303，得到含有等效相电抗器值L的下限值的四阶等效方程计算式：${\mathrm{\Delta i}}_{\max }·f_c·L_{\min }+\frac{M}{2}{U}_{\mathrm{dc}}=\frac{1}{\sqrt{3}}\times \frac{{\mathrm{\mu MU}}_{\mathrm{dc}}}{\sqrt{{\left(\frac{S_N\omega }{U_N^2}{L}_{\min }\right)}^2-2Q^{*}\frac{S_N\omega }{U_N^2}{L}_{\min }+1}}$其中，Δi_max为a相电流增量的最大值；f_c为等效载波频率；L_min为等效相电抗器值L的下限值；M为模块化多电平换流器系统的调制比,M的取值范围为:0≤M≤1；U_dc为直流母线电压；μ为直流电压利用率Q^*为系统无功标幺值；S_N为换流器容量，单位：兆伏安；U_N为变压器一次侧电压，单位：千伏；ω是角速度；步骤305：令a＝Δi_max·f_c；$b=\frac{M}{2}{U}_{\mathrm{dc}};c=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\mu M}{U}_{\mathrm{dc}};d=\frac{S_N\omega }{U_N^2},$并通过解出系数a、b、c和d，从而得到等效相电抗器值L的下限值L_min。