[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

说明书

技术领域

本发明属于输配电领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法。

背景技术

随着电力系统对大容量、远距离功率传输的要求提升以及电力电子技术的发展，基于电压源换流器VSC(Voltage Source Converter)的柔性直流输电系统VSC-HVDC(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current)被广泛应用于输配电领域。柔性直流输电系统VSC-HVDC的核心是基于电压源换流器VSC的换流站，而相电抗器是换流站的一个关键器件，是换流器与交流系统之间功率传输的纽带，起到控制功率传输、滤波和抑制短路电流的作用。因此，对VSC-HVDC的相电抗器的参数设计具有重大意义。

传统两电平电压源换流器具有开关频率高、输出电压谐波大以及串联IGBT器件需动态均压等问题。由德国学者于2001年提出的模块化多电平换流器MMC（Modular Multilevel Converter）提供了另外一种实现方案。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC是新一代多电平电压源换流器直流输电拓扑，它利用多个子模块串联，具有输出波形谐波含量少、开关频率低、损耗小、扩展性强等特点，近年来在柔性直流输电工程领域受到广泛关注且逐步得到应用。由于MMC的特殊结构，其电抗器分布在上下桥臂，因而对MMC的桥臂电抗器的设计方法也相应被提上案头。

目前，国内外学者已对模块化多电平换流器MMC展开了深入的研究，如在动态建模、控制策略、故障分析及保护策略等方面已开展了一些研究，但很少有文献专门涉及主回路参数的选取和设计。桥臂电抗器是模块化多电平换流器MMC直流输电系统的关键器件，其参数直接影响着控制器的参数，并制约着控制系统的性能。目前的电抗器参数设计只是针对两电平换流器，尚没有文献对模块化多电平换流器MMC的桥臂电抗器进行设计的方案，所以，随着工程实际的广泛应用，针对模块化多电平换流器MMC桥臂电抗器设计方法作深入研究有着迫切的需求性和必要性。由于太大的电抗器值会增加模块化多电平换流器MMC不必要的成本，太小则难以满足抑制谐波的需求，所以，其电抗器值的选择是一个重要的问题。

发明内容

针对模块化多电平换流器MMC桥臂电抗器设计方法作深入研究，本发明提出了一种模块化多电平换流器桥臂电抗器值的计算方法。

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：对所用换流变压器电抗LT进行合理取值，并将等效电抗值L还原为上下桥臂电抗值，进而得到MMC上下桥臂电抗器值的下限值：L_0min=2(L_min-L_T)。

步骤1中，得到总的等效电抗值的具体过程为：