[发明专利]一种降低半全混合型模块化多电平换流器中全桥子模块配置比例的方法

说明书

本发明提供了一种降低半全混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)中全桥子模块配置比例的方法，在确定交流侧电压和调制比等物理量后，计算得出三相的三次谐波注入电压幅值与相角，然后通过注入控制器在三相上注入所计算的三次谐波电压，可以降低桥臂电压的峰值，从而减少全桥子模块的使用数目，相应地降低半全混合型MMC的全桥子模块配置比例。本发明提供的技术方案引入了三次谐波电压注入量，优化了当柔性直流系统需要实现降压运行和无闭锁故障穿越时，换流阀使用的全桥子模块数量较多的问题。兼顾经济性和控制灵活性的特点，能够在保持直流母线电压和输送功率不变的前提下，降低桥臂电压峰值，进而降低对全桥子模块数目的需求，降低了全桥子模块配置比例，有利于降低换流器成本。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种降低半全混合型模块化多电平换流器中全桥子模块配置比例的方法。

背景技术

柔性直流输电(VSC-HVDC)是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。柔性直流输电技术具有有功、无功可独立调节，弱电网接入和低电压穿越能力强，低交流滤波及无功补偿需求等特点。柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有模块化、开关频率低、谐波含量低并且便于冗余配置等优势，与基于晶闸管的电网换相换流器以及传统的两电平电压源换流器相比，具有更广泛的应用场景。

MMC子模块可以采用多种拓扑结构，目前工程中较为常用的是半桥型子模块拓扑结构和全桥型子模块拓扑结构。基于半桥子模块的MMC最大特点为拓扑简单，经济性高，但不具备降压运行能力和直流故障清除能力；而基于全桥子模块的MMC则正好相反，因此学者们又提出将两者结合起来构成半全混合型MMC，将优点最大限度化的互补。

虽然在换流阀中配置较高比例的全桥子模块可以使系统具备降压运行能力和无闭锁故障穿越能力，但会使换流阀的体积和成本不断增加，经济性较差。因此，探索优化半全混合型 MMC中全桥子模块比例配置的方法，从而降低对全桥子模块数目的需求，提高换流器的经济性，具有重要的工程意义。

实际电网运行中可能会出现降压运行或者直流侧发生故障的情况，此时需要MMC中的子模块具有负电平输出能力，降低桥臂的参考电压，从而实现降低直流侧电压或者无闭锁故障穿越，但这种运行方式需要较高比例的全桥子模块。目前投入使用的半全混合型MMC中全桥子模块的配置比例普遍较高，尚未采用全桥子模块比例优化配置的方法。

发明内容

为了克服现有的可实现降压运行和无闭锁故障穿越的半全混合型模块化多电平换流器中全桥子模块配置比例较高的不足，本发明提供一种降低半全混合型模块化多电平换流器中全桥子模块配置比例的方法。当系统降压运行或无闭锁故障穿越时，确定此时的桥臂参考电压和系统的调制比，通过注入三次谐波电压修正量实现降低桥臂电压峰值，根据优化函数确定三次谐波电压修正量的幅值和相位，根据三次谐波注入后的桥臂电压波动负峰值确定可以减少的全桥子模块配置比例。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供了一种降低半全混合型模块化多电平换流器中全桥子模块配置比例的方法，包括：

当系统降压运行或无闭锁故障穿越时，确定此时的桥臂参考电压和系统的调制比；

通过注入三次谐波电压修正量实现降低桥臂电压峰值；

根据优化函数确定三次谐波电压修正量的幅值和相位；

根据三次谐波注入后的桥臂电压负峰值确定可以减少的全桥子模块配置比例。

当系统降压运行或无闭锁故障穿越时，桥臂参考电压值和系统调制比分别为：