[发明专利]一种减少模块化多电平换流器所用电容量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少模块化多电平换流器直流电容的方法，属于电压源换流器技术领域和直流输电技术领域。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)易于实现较大的电平数目，并且可以提供一个公共的直流侧，可以较为容易的实现背靠背的连接，使其十分适合于直流输电的应用。MMC技术的出现和发展使得在直流输电领域实现更高电压、更大容量和更高性能电压源换流器成为可能，极大的推动了电压源型直流输电技术的发展。自MMC技术出现之后，电压源型直流输电工程绝大部分都是采用的MMC拓扑结构或在其基础上的变化。

MMC的每一相桥臂是单相结构，各桥臂的电流会通过开关动作耦合到子模块的直流电容中，在子模块直流电容上产生电压波动。子模块电容电压波动会给开关器件带来额外的电压应力，危害开关器件的安全运行。因此必须将子模块电容电压波动峰值限制在安全范围之内。电容电压波动的限制主要是通过子模块电容值的设计来实现的，电容值越大电容电压波动越小。

已有方法一般是根据子模块中所采用的开关器件的额定电压等级，确定子模块电容电压直流分量额定值，然后根据开关器件的运行安全性确定最大电容电压波动允许幅度(已有方法一般为子模块电容电压直流分量的5％～10％)。在参数设计时，根据运行过程中的换流器运行工况和最大电容电压波动允许幅度，采用MMC稳态特性计算方法设计子模块电容值，使运行过程中的电容电压波动不超过最大电容电压波动允许幅度。

由于在MMC中各相桥臂是分开的，不存在三相电流在电容上的抵消作用，子模块上的电容电压波动主要是基频分量和二倍频分量，因此用已有方法设计所需的电容容量通常都很大。在造价方面，子模块中电容所需的成本与开关器件相当；在体积方面，电容所占体积一般占到子模块总体积的80％。因此如果可以通过参数设计方法减少MMC中子模块所需的电容值，那么在降低MMC的制造成本和体积方面的效益是非常明显的。

申请号为2014107463964的中国专利《一种降低模块化多电平换流器电容值的方法》公开了一种降低电容值的方法，通过将子模块电容电压直流分量运行值相对于子模块电容电压直流分量额定值适当降低一定的比例，同时维持桥臂级联子模块数目和子模块电容电压峰值不变，使子模块最大电容电压波动允许幅度增大，进而使子模块可以选择较小的电容值。但是这种方法每个子模块的额定直流电压降低，而子模块数目又不变化，使换流器的整体等效直流电压降低，会对换流器的输出电压能力造成影响。这种方法还必须通过控制手段使子模块直流电压运行于较低值，在暂态过程中也存在控制失效使电容电压峰值越限的风险。

发明内容

本发明的目的是提出一种减少模块化多电平换流器所用电容量的方法，在维持子模块电容电压峰值不变和不影响开关器件的最大电压应力的前提下，通过额外增加少量的子模块级联数目，将子模块电容电压直流分量运行值适当降低一定的比例，使最大电容电压波动允许幅度增大，这样每个子模块所需的电容可以大幅减少，从而在总体上降低模块化多电平换流器所需的电容量，降低模块化多电平换流器的造价和体积。

本发明提出的减少模块化多电平换流器所用电容量的方法，包括以下步骤：

(1)设定模块化多电平换流器子模块电容电压直流分量额定值U_cap1和模块化多电平换流器子模块电容电压峰值最大允许值U_cmax；

(2)根据模块化多电平换流器直流侧电压U_d，以及上述模块化多电平换流器子模块电容电压直流分量额定值U_cap1，计算模块化多电平换流器换流桥臂的子模块基础级联数目N，

(3)设定模块化多电平换流器换流桥臂的子模块额外级联数目为K，根据上述的子模块基础级联数目N，计算模块化多电平换流器换流桥臂的子模块实际级联数目M，M＝N+K；

(4)根据上述子模块实际级联数目M，以及模块化多电平换流器直流侧电压U_d，计算得到子模块电容电压直流分量运行值U_cap2，

(5)根据上述模块化多电平换流器子模块电容电压直流分量运行值U_cap2，以及步骤(1)中的模块化多电平换流器子模块电容电压峰值最大允许值U_cmax，计算得到最大电容电压波动允许幅度ΔU_cap2，ΔU_cap2＝U_cmax-U_cap2；