[发明专利]一种柔性直流输电系统中全桥MMC换流阀冗余度优化方法

摘要

本发明公开了一种柔性直流输电系统中全桥MMC换流阀冗余度优化方法。该方法首先计算出全桥MMC换流阀损耗与冗余度的关系式，然后计算出MMC换流阀可靠性与冗余度的关系式，最后以两个关系式为目标，进行多目标优化，得到最优的冗余度值。本发明通过优化计算得出MMC换流阀的最佳冗余度值，可以兼MMC换流阀的损耗和可靠性，从整体上提高MMC换流阀的性能。

主权项

1.一种柔性直流输电系统中全桥MMC换流阀冗余度优化方法，该MMC换流阀由6个桥臂构成，每个桥臂均由N+N₀个子模块和1个桥臂电感串联组成，其中，N表示常用子模块个数，N₀表示冗余子模块个数；冗余度δ＝N₀/N，每个子模块都采用相同的全桥拓扑结构；其特征在于，所述的全桥MMC换流阀冗余度优化方法为首先计算出全桥MMC换流阀的阀损耗率L(δ)与冗余度的关系式，然后计算出计算全桥MMC换流阀的可靠性R_MMC(δ)与冗余度的关系式，最后以两个关系式为目标，进行多目标优化，得到最优的冗余度值；所述计算全桥MMC换流阀的阀损耗率L(δ)的与冗余度的关系式包括以下步骤：1)计算通态损耗P_con：其中，上式中，k、j₁、j₂和j₃均为中间变量，T为控制周期，T₀为工频周期，t表示时间；ω为交流电压的基波角频率；S为MMC换流阀额定容量，为MMC换流阀额定功率因数角，U_dc为MMC换流阀直流母线电压额定值，U_SM为MMC换流阀子模块电压额定值，i_ap(t)为t时刻MMC换流阀上桥臂的电流值，n_ap(t)为t时刻MMC换流阀上桥臂投入的子模块个数；U_CE0为IGBT的通态电压偏置，r_ce为IGBT的通态电阻；U_f0为二极管的通态电压偏置，r_f为二极管的通态电阻；P_Tcon(kT)为kT时刻IGBT的通态损耗，P_Dcon(kT)为kT时刻二极管的通态损耗；U_CE0、r_ce、U_f0、r_f可从IGBT厂家给出的说明书中获得；round()表示取整函数，N等于round(U_dc/U_SM)；2)计算必要开关损耗P_sw1：其中，式中，j₄、j₅、j₆、j₇和n_sw均为中间变量，P_IGBTon(kT)为kT时刻IGBT的开通损耗；P_IGBToff(kT)为kT时刻IGBT的关断损耗，P_Dioderec(kT)为kT时刻二极管的反向恢复损耗；a₁、b₁、c₁是IGBT开通损耗系数；a₂、b₂、c₂是IGBT关断损耗系数；a₃、b₃、c₃是二极管的反向恢复损耗系数；a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂、a₃、b₃和c₃可从IGBT生产厂家的说明书中得到；3)计算附加开关损耗P_sw2：其中，η为均压控制率；4)计算冗余子模块的开关损耗P_sw3：5)全桥MMC换流阀的阀损耗率L(δ)与冗余度的关系式为：L(δ)＝6(P_con+P_sw1+P_sw2+P_sw3)/S×100％。