一種全橋型mmc交流電壓提升運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多電平電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種全橋型MMC交 流電壓提升運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器（Mo化Iar Multilevel Converter, MMC)憑借其開關(guān)器件無 動(dòng)靜態(tài)均壓問題、易擴(kuò)展、系統(tǒng)效率高及輸出波形質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)，已成為柔性直流輸電中換 流器的首選拓?fù)洹?br>[0003] 現(xiàn)有的基于MMC的柔性直流輸電工程中，均使用基于半橋型子模塊拓?fù)涞膿Q流 器。半橋型MMC不具備直流短路故障防御能力，需要依靠交流側(cè)斷路器或者直流側(cè)斷路器 實(shí)現(xiàn)直流側(cè)故障的清除。但是，若采用交流側(cè)斷路器，斷路器只能在相電流過零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)直流 故障的清除，在故障后及斷路器有效動(dòng)作之間存在延時(shí)，會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)短路故障演變?yōu)榻?流側(cè)短路故障，且交流斷路器重合閩時(shí)序較為復(fù)雜；若采用直流側(cè)斷路器，由于直流電流沒 有過零點(diǎn)，直流斷路器的技術(shù)難度大，據(jù)CIGRE文獻(xiàn)調(diào)研，可應(yīng)用于±500kV及±800kV的 高壓直流斷路器研制時(shí)間分別為10年及15年左右。全橋型MMC基于具備負(fù)電平輸出能力 的全橋型子模塊，能夠?qū)χ绷鞫搪饭收线M(jìn)行主動(dòng)防御。但是，現(xiàn)有的關(guān)于全橋型MMC的研究 在穩(wěn)態(tài)下僅控制全橋子模塊輸出正電平或零電平，由于全橋子模塊開關(guān)數(shù)目較多，運(yùn)導(dǎo)致 其相對(duì)于半橋型子模塊，具有建造成本大及損耗高的不足。因此W上問題在一定程度上限 制了全橋型MMC在實(shí)際柔性直流輸電工程中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種全橋型MMC交流電壓提 升運(yùn)行方法，穩(wěn)態(tài)下利用全橋子模塊的負(fù)電平輸出能力，在保持直流側(cè)電壓不變的前提下， 提升交流側(cè)相電壓峰值，根據(jù)不同的控制目標(biāo)指令，通過改變換流器傳輸功率的指令值，達(dá) 到降低換流器成本及損耗的目的。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種全橋型MMC交流電壓提升運(yùn)行方法，其特征 在于，包括如下步驟：
[000引 （1)獲取全橋型MMC的直流側(cè)額定電壓Ud。和子模塊額定電容電壓U。；
[0007] 似根據(jù)全橋型MMC提壓后換流器調(diào)制系數(shù)m、直流側(cè)額定電壓Ud。和子模塊額定 電容電壓化，在不考慮子模塊冗余的前提下，計(jì)算滿足提壓要求的全橋型MMC每個(gè)橋臂的子 模塊個(gè)數(shù)N ;
[000引 （3)根據(jù)不同的控制目標(biāo)指令，得到換流器有功功率目標(biāo)值P，根據(jù)換流器有功功 率目標(biāo)值P和實(shí)時(shí)檢測到的換流器傳輸有功功率P'，計(jì)算得到=相交流輸出電壓U，，使得 換流器傳輸有功功率趨近于目標(biāo)值，其中，j =曰，b和C，代表曰、b、C =相；
[0009] (4)根據(jù)S相交流輸出電壓U,和直流側(cè)電壓檢測值U d。，計(jì)算得到全橋型MMC的各 橋臂的輸出電壓目標(biāo)值；
[0010] 妨根據(jù)全橋型MMC的所有橋臂的輸出電壓目標(biāo)值和子模塊額定電容電壓U。，計(jì) 算得到各橋臂中需要輸出正電平或者負(fù)電平的子模塊個(gè)數(shù)；
[0011] (6)根據(jù)各橋臂的子模塊電容電壓檢測值和各橋臂的橋臂電流檢測值，W橋臂中 所有子模塊電容電壓均衡為原則，確定各橋臂中需要輸出正電平或者負(fù)電平的子模塊；
[0012] (7)通過控制各橋臂子模塊中開關(guān)器件的通斷使需要輸出正電平的子模塊輸出正 電平，需要輸出負(fù)電平的子模塊輸出負(fù)電平，其它子模塊旁路，實(shí)現(xiàn)全橋型MMC交流側(cè)電壓 提升。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中，交流側(cè)電壓提升前后，保持交流側(cè)相電流不變，計(jì)算得 到換流器有功功率目標(biāo)值P = mP。，其中，P。為提壓前的換流器傳輸有功功率。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中，交流側(cè)電壓提升前后，保持開關(guān)器件的通流能力不變， 計(jì)算得到換流器有功功率目標(biāo)值..
其中，m。為提壓前換流器調(diào)制 系數(shù)，夢(mèng)為功率因數(shù)角，P。為提壓前的換流器傳輸有功功率。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中，交流側(cè)電壓提升前后，保持換流器傳輸容量不變，計(jì)算 得到換流器有功功率目標(biāo)值P = P。，其中，P。為提壓前的換流器傳輸有功功率。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟（2)中，滿足提壓要求的全橋型MMC每個(gè)橋臂的子模塊個(gè)數(shù)N 為：
[001引優(yōu)選地，所述步驟（4)中，上橋臂的輸出電壓目標(biāo)值為：
，下橋臂的 輸出電壓目標(biāo)值為
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟巧）中，上橋臂需要輸出正電平或者負(fù)電平的子模塊個(gè)數(shù)
下橋臂需要輸出正電平或者負(fù)電平的子模塊個(gè)數(shù)
其中，u，p為上橋臂的輸出電壓目標(biāo)值，U ,。為下橋臂的輸出電壓目標(biāo)值，round(X)表示對(duì)參 數(shù)X進(jìn)行四舍五入后的整數(shù)值。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟巧）中，在橋臂的輸出電壓目標(biāo)值為正時(shí)，計(jì)算該橋臂中需要輸 出正電平的子模塊個(gè)數(shù)；在橋臂的輸出電壓目標(biāo)值為負(fù)時(shí)，計(jì)算該橋臂中需要輸出負(fù)電平 的子模塊個(gè)數(shù)。
[0021] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下有益效 果：通過在穩(wěn)態(tài)下利用全橋型子模塊的負(fù)電平輸出能力，在保持直流側(cè)電壓不變的情況下， 增大交流側(cè)相電壓峰值，實(shí)現(xiàn)交流電壓提升運(yùn)行。若保持開關(guān)器件的通流能力不變，適當(dāng)?shù)?提壓運(yùn)行能夠降低換流器各相上、下橋臂交互的能量，在子模塊電容電壓波動(dòng)保持不變的 情況下，能減小子模塊電容值，有利于降低換流器成本；若保持交流側(cè)電流不變，適當(dāng)?shù)奶?壓運(yùn)行在降低換流器成本的同時(shí)，還能夠有效提高換流器的傳輸容量；若保持換流器傳輸 容量不變，適當(dāng)?shù)奶釅哼\(yùn)行在降低換流器成本的同時(shí)，還能夠降低橋臂電流有效值，從而減 小各子模塊的損耗，提高換流器效率。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的全橋型MMC交流電壓提升運(yùn)行方法流程圖；
[0023] 圖2是保持交流側(cè)相電流有效值及電容電壓波動(dòng)率不變時(shí)，不同功率因數(shù)下，子 模塊電容的需求與調(diào)制系數(shù)關(guān)系曲線；
[0024] 圖3是保持開關(guān)器件通流能力及電容電壓波動(dòng)率不變時(shí)，不同功率因數(shù)下，子模 塊電容的需求與調(diào)制系數(shù)關(guān)系曲線；
[0025] 圖4是保持換流器傳輸容量及電容電壓波動(dòng)率不變時(shí)，不同功率因數(shù)下，子模塊 電容的需求與調(diào)制系數(shù)關(guān)系曲線；
[0026] 圖5是保持換流器傳輸容量不變時(shí)，單位功率因數(shù)工況下，換流器總損耗與調(diào)制 系數(shù)的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的全橋型MMC交流電壓提升運(yùn)行方法包括如下步驟：
[0029] (1)獲取全橋型MMC的直流側(cè)額定電壓Ud。和子模塊額定電容電壓U。；
[0030] 似根據(jù)全橋型MMC提壓后換流器調(diào)制系數(shù)m、直流側(cè)額定電壓Ud。和子模塊額定 電容電壓化，在不考慮子模塊冗余的前提下，計(jì)算滿足上述提壓要求的全橋型MMC每個(gè)橋臂 的子模塊個(gè)數(shù)N為：
[003引 做根據(jù)不同的控制目標(biāo)指令，計(jì)算得到立相交流輸出電壓Uj,其中，j二曰，WPc, 代表a、b、CS相；
[0033] 包括如下S種情況：
[0034] (Al)交流側(cè)電壓提升前后，保持交流側(cè)相電流不變時(shí)，計(jì)算得到換流器有功功率 目標(biāo)值P=mP。；
[0035] (A2)交流側(cè)電壓提升前后，保持開關(guān)器件的通流能力不變時(shí)，計(jì)算得到換流器有 功功率目標(biāo)值
[0036] (A3)交流側(cè)電壓提升前后，保持換流器傳輸容量不變時(shí)，計(jì)算得到換流器有功功 率目標(biāo)值P = P。；
[0037] 其中，P。為提壓前的換流器傳輸有功功率，m。為提壓前換流器調(diào)制系數(shù)，輝為功率 因數(shù)角。
[0038]根據(jù)換流器有功功率目標(biāo)值P和實(shí)時(shí)檢測到的換流器傳輸有功功率P'，計(jì)算得到 =相交流輸出電壓U，，使得換流器傳輸有功功率趨近于目標(biāo)值。
[0039](4)根據(jù)S相交流輸出電壓U,和直流側(cè)電壓檢測值Ud。，計(jì)算得到全橋型MMC的所 有橋臂的輸出電壓目標(biāo)值；
[0040] 具體地，上橋臂的輸出電壓目標(biāo)值為：
，下橋臂的輸出電壓目標(biāo)值 為：
[0041] (5)根據(jù)全橋型MMC的各橋臂的輸出電壓目標(biāo)值和子模塊額定電容電壓化，計(jì)算 得到各橋臂中需要輸出正電平或者負(fù)電平的子模塊個(gè)數(shù)；
[0042]具體地，上橋臂需要投入的子模塊個(gè)數(shù)
下橋臂需要投入的子 模塊個(gè)數(shù)
。其中，為上橋臂的輸出電壓目標(biāo)值，U ,。為下橋臂的輸出電 壓目標(biāo)值，round(X)表示對(duì)參數(shù)X進(jìn)行四舍五入后的整數(shù)值。
[0043]在橋臂的輸出電壓目標(biāo)值為正時(shí)，計(jì)算該橋臂中需要輸出正電平的子模塊個(gè)數(shù)； 在橋臂的輸出電壓目標(biāo)值為負(fù)時(shí)，計(jì)算該橋臂中需要輸出負(fù)電平的子模塊個(gè)數(shù)。
[0044] (6)根據(jù)各橋臂的子模塊電容電壓檢測值和各橋臂的橋臂電流檢測值，W橋臂中 所有子模塊電容電壓均衡為原則，確定各橋臂中需要輸出正電平或者負(fù)電平的子模塊。
[0045] (7)使各橋臂中需要輸出正電平的子模塊輸出正電平，需要輸出負(fù)電平的子模塊 輸出負(fù)電平，其它子模塊旁路，實(shí)現(xiàn)全橋型MMC交流側(cè)電壓提升。
[0046] 為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的全橋型 MMC交流電壓提升運(yùn)行方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0047]實(shí)例一
[0048] 本實(shí)例用W說明在保持交流側(cè)相電流有效值不變時(shí)，適當(dāng)提壓運(yùn)行在增加換流器 傳輸容量、降低換流器成本方面的優(yōu)越性。為更清楚的說明，進(jìn)行如下分析：
[0049] 首先對(duì)提壓運(yùn)行增加換流器傳輸容量的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。
[0050] 提壓運(yùn)行后，換流器傳輸容量S可表示為
，其中，U，m和I，m分別為提壓 之后交流側(cè)相電壓與相電流的峰值。U，m增大，I，m不變，因此提壓后換流器傳輸容量增大。
[0051] 接下來對(duì)提壓運(yùn)行降低換流器成本的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。
[0052] 假設(shè)換流器工作