[发明专利]用于海上风电柔直系统的换流器的桥臂耗能电阻计算方法

权利要求书

1.一种用于海上风电柔直系统的换流器的桥臂耗能电阻计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)海上风电柔直输电系统包括连接海上风电场的送端换流站、连接岸上交流电网的受端换流站，以及连接送端换流站和受端换流站的电缆；在受端换流站中采用集成了分布式耗能装置的模块化多电平换流器拓扑，按下述方式构建所述的换流器：

该换流器包括三个结构相同且相互并联的桥臂支路，每个桥臂支路均由结构相同且对称布置的上桥臂和下桥臂组成，并由上下桥臂的连接中点引出交流输出的每一相；

在所述上桥臂和下桥臂中，均包括N个完全相同的半桥子模块SM、一个桥臂电抗器L’以及M个耗能子模块RSM；各半桥子模块SM串联后接至桥臂电抗器L的一端，各耗能子模块RSM串联后接至桥臂电抗器L的另一端；

所述M个耗能子模块RSM具有相同结构，包括：第一开关单元，包括反向并联的第一可关断半导体器件T₁和第一续流二极管D₁；第二开关单元，包括反向并联的第二可关断半导体器件T₂和第二续流二极管D₂；所述第一开关单元与第二开关单元反向连接形成串联支路，耗能单元R_d与该串联支路并联连接，并以耗能单元R_d的两端作为耗能子模块RSM的连接端子；

(2)根据海上风电柔直系统的额定电压、额定功率和换流站运行参数，在计算机上建立换流器的数学模型，计算发生交流侧短路故障时换流器中的桥臂电流i_px、i_qx，并得到每相上下桥臂投入的耗能子模块消耗的瞬时功率；

(3)计算换流器中三相耗能子模块所消耗的总功率，根据最严重故障情形计算三相所需投入的总耗能电阻最大值；

(4)计算每一桥臂中耗能电阻在全部投入时产生的压降U_{d_max}，并基于单个耗能子模块RSM中开关器件的耐压上限，计算需要的耗能子模块RSM的数量以及单个耗能子模块RSM中的耗能单元R_d的阻值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当发生交流侧短路故障时，由于送端换流站输出达到限幅，在进入稳态后换流器的桥臂电流表示为直流分量和交流控制分量的集合；由于直流母线在短时间内维持不变，考虑到先父环节对交流电流的抑制效果，总的桥臂电流表示为：

式中，i_px、i_nx分别为上下桥臂的桥臂电流；k_lim为外环控制器对输出电流参考值的限幅比例；I_dc为直流母线电流；i_ox为换流器的输出电流。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在计算三相所需投入总耗能电阻最大值时，考虑最严重故障情形即交流侧三相短路故障，此时需要耗散的有功功率即为换流器额定功率，则计算得到所需的总耗能电阻的阻值R_{d_max}如下所示：

式中，I_m为换流器的a，b，c三相的输出电流，a，b，c三相输出电流的幅值相同；P_N为该柔性直流输电系统传输的额定有功功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算耗能子模块RSM的数量时，假设其所用单个开关器件的耐压上限为U_d，则首先计算单相内所有耗能单元R_d产生的压降U_{d_max}为：

相应的，根据下式计算耗能子模块数量N_d：

其中，roundup()为向上取整函数；

进一步计算单个耗能单元R_d的阻值为

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一开关单元与第二开关单元均为全控型电力电子器件。