[发明专利]一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法

权利要求书

1.一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；

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，建立关于等效电抗值L方程，求解得出等效电抗器值L的下限L_min；

步骤3：设定所用换流变压器电抗L_T的值，并将等效电抗值L的下限L_min还原为上下桥臂电抗值下限：L_0min=2(L_min-L_T)。

2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法，其特征在于，对模块化多电平换流器进行等效过程中，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L=LT+L′=LT+12L0.]]>

3.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法，其特征是建立关于等效电抗值L方程，求解等效电抗器值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MMC的拓扑结构，得到a相的电压计算方程：

Ldisadt=usa-uAN---(1)]]>

u_sa=U_sacos ωt                                   （2）

uAN=-upa+Udc2=-Σj=1nSjpaU0+Udc2=Round[UANcos(ωt-δ)]---(3)]]>

式中，u_AN为模块化多电平换流器MMC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MMC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：

Δisa=TL[usa-uAN]=TL{Usacosωt-Round[UANcos(ωt-δ)]}]]>

当cos ωt=1时，其取最大值为Δimax=TLmin{Usa-M2Udc}]]>

其中，u_AN为模块化多电平换流器MMC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MMC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值的下限计算式：

Lmin=Usa-M2UdcΔimaxfc]]>

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；Round为最近取整函数；Δi_max为a相电流增量的最大值；M为MMC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：

Usa=13×μMX*2-2Q*X*+1×Udc]]>

X*=ωL(UN2SN)=SNωUN2L]]>

式中，μ为直流电压利用率M为MMC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，得到含有电抗值L的下限值的四阶等效方程计算式：

Δimax·fc·Lmin+M2Udc=13×μMUdc(SNωUN2Lmin)2-2Q*SNωUN2Lmin+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MMC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·f_c；b=M2Udc;]]>c=13μMUdc;]]>d=SNωUN2,]]>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。

4.根据权利要求3所述一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法，其特征在于，变压器等效阻抗为并通过所得到等效电抗最小值L_min，得到模块化多电平换流器桥臂电抗器电抗值的下限值为L_0min=2(L_min-L_T)。