基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法，包括：(1)根据系统的额定电压估算出所需的MMC单元串联个数N；(2)确定每个串联MMC单元的额定直流电压；(3)根据N的具体数值，选择出额定容量最小的MMC单元或者额定容量最大的MMC单元；(4)确定各串联MMC单元所采用的控制策略。本发明专利技术填补了目前串联MMC单元直流电压平衡策略方面研究的空白，能为未来工程设计提供一定的参考，通用性强，理论上不但适用于各串联MMC单元额定直流电压相同的情况，也适用于各串联MMC单元额定直流电压不同的情况。

【技术实现步骤摘要】
基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法
本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法。
技术介绍
与电网换相型换流器(LineCommutatedConverter，LCC)相比，模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)的具有谐波特性好、不存在换相失败问题、可以给弱交流系统/无源网络供电等技术优势，近年来已有多个MMC型高压直流输电(MMC-HVDC)工程投运，显示出在高压直流输电领域的巨大应用潜力。MMC在高压直流输电系统中进一步应用主要受到直流电压和直流电流等级的限制。目前在建的张北多端MMC-HVDC项目中，换流站的电压等级和最大直流电流已经达到了±500kV和3kA，但是与采用LCC的特高压直流输电系统的±800kV和5kA仍存在一定差距。为了能够在特高压直流输电系统中充分发挥MMC的优良特性，可以通过采取如下几种手段：(1)整流侧采用LCC，可以充分发挥其技术成熟度高和损耗低的优势。(2)逆变侧可以采用多个MMC换流站或者多个LCC换流站与多个MMC换流站搭配的方案，可以缓解MMC直流电流较小的问题。(3)逆变侧MMC换流站的正负极都采用多个MMC串联，通过串联多个直流电压等级较低的MMC来达到较高的直流电压。采用MMC串联构成的双极直流换流站结构如图1(a)所示，采用MMC串联构成的单极直流换流站结构如图1(b)所示。相比起单纯通过增加单个MMC中级联子模块个数来提高直流电压等级的方案，这种采用MMC串联的技术方案实现方式较为简单，同时对通信系统、控制系统和子模块均压的要求也更低。为了保证采用MMC串联构成直流换流站的稳定运行，其中每个MMC单元的直流电压必须维持在其额定直流电压附近，否则换流站将无法维持有功功率的正常输送。然而目前很少有文献针对该问题进行系统研究，并没有给出MMC串联构成换流站时每个MMC单元如何维持其直流电压在额定直流电压附近的电压控制策略。文献《徐政.柔性直流输电系统[M].北京：机械工业出版社,2017:175-187》中提到串联的MMC单元具有天然均压特性，不需要采用额外的控制来保持每个串联MMC单元的电压均衡。实际上，该文献只是针对只针对几种典型工况进行仿真，并没有考虑到换流站的串联MMC单元可能会存在电压分配不平衡的问题，更没有给出彻底消除串联MMC单元均压问题的控制策略。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法，该方法实施简单，适用性强，在工程设计中有较大的使用价值。一种基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法，包括如下步骤：(1)根据系统的设计要求，确定直流换流站的额定直流电压UdcN和额定直流电流IdcN，并估算出换流站任一极换流单元的MMC级联个数N，N为大于1的自然数；(2)对于任一极换流单元，确定其中每一个MMC的额定直流电压；(3)计算换流单元中每一个MMC的额定容量并按容量大小进行排序，进而根据级联个数N从中选取出额定容量最大或额定容量最小的MMC，并标记为MMCs；(4)对于换流单元中N个级联的MMC，使其中的MMCs采取定有功功率的控制策略，其余N-1个MMC采取定直流电压的控制策略。进一步地，所述步骤(1)中对于直流换流站，其额定直流电压UdcN和额定容量SMMC为系统设计要求且均会事先给定；若换流站为单极系统，则其额定直流电流IdcN＝SMMC/UdcN；若换流站为双极系统，则其额定直流电流IdcN＝SMMC/2UdcN。进一步地，所述步骤(1)中估算换流单元MMC串联个数N的方法为：首先，计算确定换流单元的MMC级联个数上限Nmax＝UdcN/320，MMC级联个数下限Nmin＝UdcN/500；若Nmin至Nmax之间存在整数，则使该整数即为换流单元的MMC级联个数N；若Nmin至Nmax之间不存在整数，则取最接近Nmin的整数作为换流单元的MMC级联个数N。进一步地，所述步骤(2)的具体实现方法为：若Nmin至Nmax之间存在整数，则使换流单元中第1～N-1个MMC的额定直流电压为400kV，第N个MMC的额定直流电压为UdcN-400(N-1)kV；若Nmin至Nmax之间不存在整数，则使换流单元中第1～N-1个MMC的额定直流电压为500kV，第N个MMC的额定直流电压为UdcN-500(N-1)kV。进一步地，所述步骤(3)中对于换流单元中任一MMC，若其额定直流电压为UdcNk，则该MMC的额定容量SdcNk＝UdcNk×IdcN。进一步地，所述步骤(3)中若N＝2，则从换流单元中选取出额定容量最大的MMC并标记为MMCs；若N＞2，则从换流单元中选取出额定容量最小的MMC并标记为MMCs。进一步地，所述步骤(4)对于换流单元中MMCs采取定有功功率和无功功率的控制策略或是定有功功率和交流电压的控制策略，所控制的有功功率为换流单元中N个级联MMC的有功功率总和。进一步地，所述步骤(4)对于换流单元中其余N-1个MMC均采取定直流电压和无功功率的控制策略或是定直流电压和交流电压的控制策略，即先计算该换流单元的直流电压Udc，然后根据以下公式计算每个MMC的直流电压参考值Urefk并依此进行控制；Urefk＝UdcNk×Udc/UdcN其中：UdcNk为MMC的额定直流电压。基于上述技术方案，本专利技术具有以下有益技术效果：(1)对于采用MMC串联构成的直流换流站，本专利技术填补了目前串联MMC单元直流电压平衡策略方面研究的空白，能为未来工程设计提供一定的参考。(2)本专利技术通用性强，理论上不但适用于各串联MMC单元额定直流电压相同的情况，也适用于各串联MMC单元额定直流电压不同的情况。附图说明图1(a)为采用MMC串联构成的双极直流换流站结构示意图。图1(b)为采用MMC串联构成的单极直流换流站结构示意图。图2(a)为某两端单极直流系统的结构示意图。图2(b)为某两端单极直流系统中LCC换流站的结构示意图。图3(a)为未采用电压平衡控制策略时换流站2中各串联MMC单元的直流电压波形示意图。图3(b)为未采用电压平衡控制策略时流过换流站2中串联MMC单元的直流电流波形示意图。图3(c)为未采用电压平衡控制策略时换流站2中各串联MMC单元的有功功率波形示意图。图4(a)为采用本专利技术电压平衡控制策略后换流站2中各串联MMC单元的直流电压波形示意图。图4(b)为采用本专利技术电压平衡控制策略后流过换流站2中串联MMC单元的直流电流波形示意图。图4(c)为采用本专利技术电压平衡控制策略后换流站2中各串联MMC单元的有功功率波形示意图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。本实施方式直流输电系统如图2(a)所示，为一个两端单极系统，换流站1为采用双12脉动换流器的LCC换流站，如图2(b)所示；换流站2为MMC换流站。系统额定直流电压为+800kV，额定直流功率为2500WM，其余的系统参数如表1所示：表1需要指出，换流站2中换流变压器的副变额定空载电压Uvn0在本系统中取为串联MMC单元额定直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法，包括如下步骤：(1)根据系统的设计要求，确定直流换流站的额定直流电压UdcN和额定直流电流IdcN，并估算出换流站任一极换流单元的MMC级联个数N，N为大于1的自然数；(2)对于任一极换流单元，确定其中每一个MMC的额定直流电压；(3)计算换流单元中每一个MMC的额定容量并按容量大小进行排序，进而根据级联个数N从中选取出额定容量最大或额定容量最小的MMC，并标记为MMCs；(4)对于换流单元中N个级联的MMC，使其中的MMCs采取定有功功率的控制策略，其余N‑1个MMC采取定直流电压的控制策略。

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC级联构成直流换流站的MMC直流电压平衡控制方法，包括如下步骤：(1)根据系统的设计要求，确定直流换流站的额定直流电压UdcN和额定直流电流IdcN，并估算出换流站任一极换流单元的MMC级联个数N，N为大于1的自然数；(2)对于任一极换流单元，确定其中每一个MMC的额定直流电压；(3)计算换流单元中每一个MMC的额定容量并按容量大小进行排序，进而根据级联个数N从中选取出额定容量最大或额定容量最小的MMC，并标记为MMCs；(4)对于换流单元中N个级联的MMC，使其中的MMCs采取定有功功率的控制策略，其余N-1个MMC采取定直流电压的控制策略。2.根据权利要求1所述的MMC直流电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中对于直流换流站，其额定直流电压UdcN和额定容量SMMC为系统设计要求且均会事先给定；若换流站为单极系统，则其额定直流电流IdcN＝SMMC/UdcN；若换流站为双极系统，则其额定直流电流IdcN＝SMMC/2UdcN。3.根据权利要求1所述的MMC直流电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中估算换流单元MMC串联个数N的方法为：首先，计算确定换流单元的MMC级联个数上限Nmax＝UdcN/320，MMC级联个数下限Nmin＝UdcN/500；若Nmin至Nmax之间存在整数，则使该整数即为换流单元的MMC级联个数N；若Nmin至Nmax之间不存在整数，则取最接近Nmin的整数作为换流单元的MMC级联个数N。4.根据权利要求3所述的MMC直流电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：康义，陈凌云，程改红，邵冲，潘旭东，朱庆春，袁力翔，林廷卫，徐政，张哲任，徐雨哲，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，中国电力工程顾问集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42