基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法技术

本发明专利技术属于电力系统分析与计算领域，尤其涉及一种基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法。包括：获取系统参数；设计变量；确定目标函数；确定约束条件；非线性规划求解。本发明专利技术采用非线性规划的方法，对MMC主设备参数联接变压器二次侧额定电压U

Integer computation method of modular multilevel converter parameters based on nonlinear programming

The invention belongs to the field of power system analysis and calculation, in particular to a parameter integral calculation method of a modularized multilevel converter based on non-linear programming. It includes obtaining system parameters, designing variables, determining objective functions, determining constraints, and solving nonlinear programming. The invention adopts non-linear programming method to connect the main equipment parameter of MMC and the rated voltage of the two side of the transformer is U

【技术实现步骤摘要】
基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法
本专利技术属于电力系统分析与计算领域，尤其涉及一种基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)是新一代电力电子技术应用于电力系统的核心部件，不管是柔性交流输电还是柔性直流输电，MMC都代表了技术发展的方向。MMC的主要设备包括联接变压器、桥臂电抗器、子模块电容器等。主设备参数设计是整个系统设计的重要组成部分，合理的主设备参数可以有效改善系统的动态和稳态性能，降低系统的初始投资及运行成本，提高系统的经济性能指标。国内外学者根据MMC的系统特点提出了关于MMC主设备参数的单独设计原则。如关于联接变压器的参数设计，基于满足换流器运行范围，给出联接变压器二次侧额定电压的取值原则，基于满足系统无功调节范围，确定联接变压器分接头的档数选取；关于子模块电容器的参数设计，根据子模块电容电压波动率的限值，确定子模块电容器的电容值；关于桥臂电抗器的设计，选取合理的桥臂电抗值以抑制相环流的大小，同时抑制换流器内部故障和直流侧故障时流过桥臂的故障电流上升率。现有的MMC主设备参数设计方法，都是对每个参数进行单独计算，由于主设备参数间互有联系，单独计算会导致参数设置不准确。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法，所述方法包括以下步骤：1)获取系统参数包括系统频率f，直流电压Udc，单相上桥臂子模块个数N，联接变压器额定容量Sn，桥臂暂态电流上升率α，电容电压波动百分比ε，交流电网电压波动率η，联接变压器短路阻抗百分数最小值kd％，联接变压器短路阻抗百分数最大值ka％，电压调制比最大值mmax，换流器的运行范围要求；2)设计变量联接变压器二次侧额定电压US、联接变压器漏抗LT、桥臂电抗值Larm、子模块电容值C0和换流器交流输出电压的基频分量UC构成未知相量x，即：x＝[US,LT,Larm,C0,UC](1)3)确定目标函数minf＝-US(2)4)确定约束条件其中，ω＝2*π*f；(P0,Q0)为换流器运行范围中最大视在功率运行点对应的坐标，其中P0为横坐标，即有功功率值，Q0为纵坐标，即无功功率值；Sc为注入换流器的最大视在功率，cosφ为换流器的功率因数；Ikm为二倍频环流峰值；ω为换流器交流电压的基波角频率；L为连接电抗；m为电压调制比；5)非线性规划求解对式(1)-(9)构成的非线性规划问题进行求解，得到联接变压器二次侧额定电压US、联接变压器漏抗LT、桥臂电抗值Larm、子模块电容值C0、换流器交流输出电压的基频分量UC。有益效果本专利技术根据MMC的解析数学模型，在分析联接变压器参数、子模块电容值、桥臂电抗值的取值原则基础上，根据模块化多电平换流器参数整体计算的思想，采用非线性规划的方法来对模块化多电平换流器参数(包括联接变压器二次侧额定电压US、联接变压器漏抗LT、桥臂电抗Larm、子模块电容C0)进行整体计算，使求得的参数取值更加精确，改善系统的综合性能，节省系统建设投资，降低系统运行损耗。本专利技术采用非线性规划的方法来对这4个参数进行整体计算(意为一次性将4个参数都计算出来)，而现有方法都是对参数分开计算，单独计算每一个参数，忽略了参数间的耦合制约关系。具体实施方式本专利技术提出了一种基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法，包括如下步骤：1)获取系统参数包括系统频率f，直流电压Udc，单相上桥臂子模块个数N，联接变压器额定容量Sn，桥臂暂态电流上升率α，电容电压波动百分比ε，交流电网电压波动率η，联接变压器短路阻抗百分数最小值kd％，联接变压器短路阻抗百分数最大值ka％，电压调制比最大值mmax，换流器的运行范围要求；2)设计变量联接变压器二次侧额定电压US、联接变压器漏抗LT、桥臂电抗值Larm、子模块电容值C0和换流器交流输出电压的基频分量UC构成未知相量x，即：x＝[US,LT,Larm,C0,UC](1)3)确定目标函数minf＝-US(2)4)确定约束条件其中，ω＝2*π*f；(P0,Q0)为换流器运行范围中最大视在功率运行点对应的坐标，其中P0为横坐标，即有功功率值，Q0为纵坐标，即无功功率值；Sc为注入换流器的最大视在功率，cosφ为换流器的功率因数；Ikm为二倍频环流峰值；ω为换流器交流电压的基波角频率；L为连接电抗；m为电压调制比；5)非线性规划求解对式(1)-(9)构成的非线性规划问题进行求解，得到联接变压器二次侧额定电压US、联接变压器漏抗LT、桥臂电抗值Larm、子模块电容值C0、换流器交流输出电压的基频分量UC。用一个200MW/±160kVMMC-HVDC系统进行分析，系统参数如表1所示。表1系统参数如果电容电压波动百分比ε＝5％，电压调制比最大值mmax＝0.95，联接变压器短路阻抗百分数最小值kd％＝12％，联接变压器短路阻抗百分数最大值ka％＝15％，交流电网电压波动率η＝5％，桥臂暂态电流上升率要求α≤0.1kA/μs，换流器运行范围要求最远点P0＝183MW、Q0＝83MVar，则计算结果如下表2所示。表2计算结果此实施例仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)获取系统参数包括系统频率f，直流电压U

【技术特征摘要】
1.基于非线性规划的模块化多电平换流器参数整体计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)获取系统参数包括系统频率f，直流电压Udc，单相上桥臂子模块个数N，联接变压器额定容量Sn，桥臂暂态电流上升率α，电容电压波动百分比ε，交流电网电压波动率η，联接变压器短路阻抗百分数最小值kd％，联接变压器短路阻抗百分数最大值ka％，电压调制比最大值mmax，换流器的运行范围要求；2)设计变量联接变压器二次侧额定电压US、联接变压器漏抗LT、桥臂电抗值Larm、子模块电容值C0和换流器交流输出电压的基频分量UC构成未知相量x，即：x＝[US,LT,Larm,C0,UC](1)3)确定目标函数minf＝-US(2)4)确定约束条件

【专利技术属性】
技术研发人员：黄莹，赵晓斌，赵成勇，李佩霖，郭春义，李凌飞，辛清明，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：广东,44