[发明专利]一种模块化多电平柔性直流系统的优化配置方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平柔性直流系统的优化配置方法。

背景技术

柔性直流输电系统是基于以全控型器件（IGBT）为核心的电压源型换流器的直流输电系统，其性能优越，应用扩展性好，在风电接入、电网互联、城市供电以及孤岛供电等多个领域有着广阔的应用前景，近年来，模块化多电平柔性直流输电技术发展极为迅速。

柔性直流输电系统的换流器是其核心元件，用于实现交直流电气量的转换，高压柔性直流换流器的发展从原有的两电平拓扑、三电平拓扑，逐渐转变为现在的模块化多电平拓扑，其由6个桥臂组成，上下两个桥臂为一个单项换流单元。每个桥臂由多个子模块（Submodule,SM）串联而成，子模块是由两个（或四个）IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)及电容器组成的半桥（或全桥）结构，如图1和图2所示。其工作原理是通过IGBT器件的开通和关断，将电容投入电路或者退出电路，合理的控制多个子模块的投入和退出，就可以在交直流侧形成稳定的电压，从而形成稳定的系统工作点进行功率传输，如图2所示。

然而，现有的模块化多电平技术采用多个子模块叠加，需要大量的电容和IGBT器件，若采用全桥拓扑，需要的器件数量更多，价格非常昂贵，采用新型的拓扑以降低系统造价，并将系统从电缆应用推广到架空线应用已成为非常重要的研究方向。

新型拓扑结构的提出为柔性直流向高压大容量架空线领域发展提供了崭新的方法。新型拓扑价格相对较低，损耗小，可实现大容量等级应用，有着广阔的应用前景。

现有技术中，其拓扑结构主要有三种基本结构，结构一为采用全桥子模块级联和IGBT引导开关结合的形式，可以在应用较少子模块的情况下实现功率传输，同时能够实现交直流故障穿越；结构二采用单相全桥结构和半桥子模块级联结构串并联的形式，实现功率传输，但结构二难以实现直流故障穿越，交流故障也需要通过复杂的控制实现；文章提出的结构三，即如图4和图5所示的叙述的拓扑结构，可通过串联或者并联的方式实现功率传输，同时由于采用全桥级联，交直流故障穿越实现简单。

针对上述结构二的结构，其演变的拓扑结构难以实现直流故障穿越。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平柔性直流系统的优化配置方法，实现电容能量平衡。

本发明提供的一种模块化多电平柔性直流系统的优化配置方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

（1）配置双极拓扑结构的换流器；

（2）根据双极拓扑结构的换流器配置电容能量平衡电流的通路；

（3）计算子模块的输出电压设定值，通过所述通路，根据输出电压设定值控制子模块，用于实现电容能量平衡。

其中，步骤（1）所述配置双极拓扑结构的换流器是通过两个串联型拓扑结构的换流器的负极和正极连接于同一接地点，另外的正极和负极连接传输线路，构成双极拓扑结构的换流器，或

通过两个并联型拓扑结构的换流器的负极和正极连接于同一接地点，另外的正极和负极连接传输线路，构成双极拓扑结构的换流器。

其中，所述串联型拓扑结构的换流器是采用单相换流单元的A相负极和B相正极联结、B相负极和C相正极联结，A相正极和C相负极分别作为直流线路的正负极的接线形式。

其中，所述并联型拓扑结构的换流器是采用A、B、C三相正极联结后作为直流线路正极，A、B、C三相负极联结后作为直流线路负极的接线形式。

其中，若所述双极拓扑结构的换流器是通过两个串联型拓扑结构的换流器构成的，则在正极与接地极之间设置滤波器I，在负极与接地极之间设置滤波器I；

所述滤波器I由串联的子模块构成；所述子模块包括并联的电容和半桥结构的IGBT模块。

其中，若所述双极拓扑结构的换流器是通过两个并联型拓扑结构的换流器构成的，则在所述双极拓扑结构的换流器的直流输出端设置有滤波器I；

所述滤波器I由串联的子模块构成；所述子模块包括并联的电容和半桥结构的IGBT模块。

其中，步骤（2）所述根据双极拓扑结构的换流器配置电容能量平衡电流的通路的方法包括：

在双极拓扑结构的换流器的交流侧设置滤波器II。

其中，步骤（2）所述根据双极拓扑结构的换流器配置电容能量平衡电流的通路的方法包括：

增加一个单项三绕组变压器，其三个绕组对应交流电网的变压器；所述三绕组采用心形连接的方式，任意两个绕组之间设置有电容和电阻。