[发明专利]模块化多电平柔性直流输电功率运行区间的优化设计方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平柔性直流输电功率运行区间的优化设计方法，属于柔性直流输电技术领域。先分析和推导了子模块电容电压波动、电压调制比、储能需求以及阀通流能力与功率运行点之间的函数关系；由储能需求、调制比和阀通流能力约束绘制出各功率运行边界，取交集得到优化的MMC‑HVDC功率运行区间。该方法能够去掉由子模块电容电压波动约束界定的功率运行区间中会引起直流母线电压过压或桥臂输出电压失真的运行点，从而保证MMC‑HVDC输电系统平稳安全运行。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别涉及一种模块化多电平柔性直流输电功率运行 区间的优化设计方法。

背景技术

由于柔性直流输电(Flexible high-voltage direct current transmission，Flexibie-HVDC)具 有输电走廊窄、有功无功可解耦控制、不存在换相失败问题、可连接无源或弱交流系统等优 势，柔性直流输电在世界范围内得到了广泛的发展和应用。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter，MMC)自2001年提出以来，因其模块化，易拓展等优点，获得了学术 界和工业界广泛的关注，2010年以后投运及规划的柔性直流输电工程大多采用MMC或者 MMC的同型技术。根据工程实际运行约束条件，准确计算MMC的功率运行区间，将为 MMC-HVDC的系统级控制提供重要数据支撑。分析MMC参数，如子模块电容值、桥臂电 感值等对功率运行区间的影响也是实际柔性直流输电工程中参数设计部分。

MMC-HVDC功率运行区间的确定方法总体上与两电平VSC-HVDC类似。在系统电压不变的条件下，换流器的功率运行区间取决于其输出交流电压的幅值和相位。两电平换流器 输出交流电压范围主要受制于串联开关器件的电压开断及电流通流能力。另外，为了保证换 流器调制的线性度，换流器的电压调制比也应控制在一定范围之内。对于MMC而言，实际 运行时子模块电容电压呈现低频周期性波动，受制于子模块IGBT功率器件的耐压能力，子 模块电容电压的波动幅值需在规定范围内，而子模块电容电压与功率运行点直接相关，系统 功率运行区间将因此受到限制。增大子模块电容值可以降低其电压波动幅值，但子模块制造 成本及换流器占地也随之增加。因此，如何在现有设备的条件下，优化功率运行区间具有十 分重要的意义。针对由电容电压波动约束条件确定MMC-HVDC功率运行边界时，未考虑子 模块电容电压平均值随功率运行点变化会按下垂特性偏移额定值，靠近边界的运行点可能导 致桥臂输出电压失真或直流母线电压过压，为此，引入了最小储能需求约束，再结合调制比 和阀通流能力约束来得到优化的MMC-HVDC功率运行区间。该方法能够去除会引起直流母 线电压过压或桥臂输出电压失真的运行点，从而保证MMC-HVDC输电系统平稳安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化多电平柔性直流输电功率运行区间的优化设计方法， 解决了现有技术存在的上述问题。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

模块化多电平柔性直流输电功率运行区间的优化设计方法，包括以下步骤：

(1)根据换流器储能需求与功率运行点之间的关系，由额定储能容量确定功率运行边 界；

桥臂瞬时能量波动ΔWp的表达式为