柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法技术方案

本发明专利技术涉及柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，先对带负载后的供电装置进行测量得到输入电压U和输入电流I；后对供电装置的输入电压和输入电流进行数据分析建模，得到关于供电装置输入特性的函数：I＝f(U)；确定串联子模块的均压目标值为U0和均压偏差值ΔU；得到串联子模块的静态均压电阻的计算公式：本发明专利技术能够快速准确的计算出所要设计的均压电阻的阻值，使得柔性直流输电系统在最初的充电完成到系统解锁正常工作之前所有的子模块可以正常工作，能够有效提高系统运行的可靠性，使系统的运行更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术设及柔性直流输电领域，具体设及柔性直流输电系统串联子模块静态均压 电阻设计方法。 【
技术介绍
】 随着大功率电力电子技术的发展，IGBTJGCT等电力电子器件在直流输电系统中 的应用越来越广泛，特别是W全控型电力电子器件为主要开关器件的柔性直流输电系统已 经成为国内外相关企业和高校研究的主流。所谓柔性直流输电（VSC-HVDC)，就是基于电压 源换流器(VSC)、可关断器件和脉宽调制技术(PWM)的新型直流输电技术，其拓扑结构可分 为两电平拓扑结构、Ξ电平拓扑结构和MMC(Modular Multilevel Converter，即模块化多 电平换流器)拓扑结构等。其中，MMC拓扑结构因具备开关频率低、损耗小等优点，已被广泛 应用于直流输电系统。目前，用于构成MMC拓扑结构的子模块主要有H-MMC(半桥子模块）、F-MMC(全桥子模块)和C-MMC(巧位双子模块)Ξ种。其中，半桥子模块因具有结构简单、功率器 件少、控制算法易于实现、损耗小和系统效率高等优势在采用MMC拓扑结构的换流器中得到 广泛应用。从宏观上看MMC的系统拓扑结构与传统的^相巧乔相似，但是，在MMC的拓扑中，其 每一相都有很多个功率模块串联组成，且每一功率模块皆由核屯、开关器件（IGBT)、模块电 容、旁路开关、旁路晶闽管、均压电阻及供电装置组成。系统如图1所示。 虽然MMC的拓扑结构有较强的实用性和优点，然而，由于其每一相都由很多个功率 模块串联组成且模块均压电阻设计不合理的原因，造成系统中的功率模块在系统充电完成 后，到系统正常工作前的模块均压阶段出现电容电压不均衡，随着时间的积累，在一定时间 内会造成功率模块电容电压过低，使得供电装置不能够正常工作，最终造成柔性直流输电 系统不能够正常启动。 【
技术实现思路
】 为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种柔性直流输电系 统串联子模块静态均压电阻设计方法，使得柔性直流输电系统在最初的充电完成到系统解 锁正常工作之前所有的子模块可W正常工作，避免电压不均衡造成供电装置不能正常工 作。 为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案： 包括如下步骤： 步骤1:对带负载后的供电装置进行测量得到输入电压U和输入电流I; 步骤2:对供电装置的输入电压和输入电流进行数据分析建模，得到关于供电装置 输入特性的函数： I = f(U) (1)； 步骤3:确定串联子模块均压目标值为Uo;确定串联子模块的均压偏差值Δυ; 步骤4:得到串联子模块的静态均压电阻的计算公式：(2)。[001引进一步地，步骤3中，均压目标值Uo包括串联子模块的第一均压目标值IT和第二均 压目标值U"，均压偏差值Δ U包括串联子模块的最大均压偏差值Δ化和任意两个串联子模 块的均压偏差值A化，其中：护是根据IEC62501标准确定的;U"是根据柔性直流输电系统不 控整流充电阶段的运行工况确定的，A化是根据电容电压波动控制量ε的要求确定的； 当U〇 = U'时，Δυ= AUi，此时步骤4中的R=Rmi;当Uo = lf时，Δυ= AU2,此时步骤4 中的R = Rm2 ;静态均压电阻取值范围为Rml~Rm2。[001引进一步地，静态均压电阻取Rmi和Rm2的最小值。进一步地，第一均压目标值U'=kUN，k为系数，Un为串联子模块正常工作时的额定 电压。进一步地，第二均压目标值U" =kiUN，ki为不控整流的电压系数。 进一步地，任意两个串联子模块的均压偏差值Δ化= 2ε?Γ。 进一步地，步骤4中，先假设两个串联子模块电压达到平衡，此时有： Ici = Ic2，Idi = Id2 (3)； 根据公式(1)和公式(3)得到： Idi = f(Uci) Jd2 = f(Uc2) (4)； 当串联子模块总电压不变时，若化1增大，则11。2减小;结合步骤3得到： 当 Uci = Uo+AU (5)，贝 iJUc2 = U〇-AU (6)； 对串联子模块之间的电压电流关系进行分析可得W下公式(7): 其中，Icl和Ic2分别是两个串联子模块的充电电流，Ucl和化2分别是两个串联子模块 的电容电压，Idi和Id2分别是两个子模块的供电装置输入电流，并对公式(7)进行变换，得到 公式(2)。 与现有技术相比，本专利技术具有W下有益的技术效果： 本专利技术通过对带负载后的供电装置进行测试和建模，确定所在MMC系统中串联子 模块的额定电压，并确定子模块静态均压时的均压偏差值，利用所得到的数学模型和均压 偏差值等计算确定出均压电阻的最优设计值。通过供电装置输入特性的函数I = f(U)的确 定，确保了在不同均压偏差值A U下，能够快速准确的计算出所要设计的均压电阻的阻值， 静态均压电阻的合理设计，使得柔性直流输电系统在最初的充电完成到系统解锁正常工作 之前所有的子模块可W正常工作，避免了由于电压不均衡的原因造成供电装置不能正常工 作，最终造成系统不能正常解锁运行的结果，采用此静态均压电阻的设计方法，能够有效提 高系统运行的可靠性，使系统的运行更加稳定。 进一步地，本专利技术中静态均压电阻取Rml和Rm2的最小值，最小值的确定，可W确保 系统在整个运行工况中都能具有良好的静态均匀特性。 【【附图说明】】图1是现有MMC的拓扑结构图； 图2是串联的两个子模块； 图3是单个子模块的拓扑结构； 图4是本专利技术供电装置输入特性数据拟合曲线。 【【具体实施方式】】 下面结合附图对本专利技术进行说明。 本专利技术包括如下步骤： 步骤1:分析影响静态电压平衡的几个因素，确定串联子模块供电装置所带负载之 间的差异是造成电压不平衡的主要因素； 步骤2:对带负载后的供电装置进行测量得到它的输入电压U和输入电流I数据； 步骤3:对供电装置的输入电压和输入电流数据进行数据分析和建模，得到关于供 电装置输入特性的函数： I = f(U) (1)步骤4:根据标准IEC62501及中国南方电网公司对国内柔性直流输电系统的设计 要求（国内行业标准），确定串联子模块第一均压目标值为U '，U ' = kUN，k为系数，Un为串联子 模块正常工作时的额定电压;根据实际情况下柔性直流输电系统的设计要求，确定串联子 模块的最大均压偏差值A化； 步骤5:根据柔性直流输电系统不控整流充电阶段的运行工况，确定串联子模块第 二均压目标值为护，1]"=^帕，山为不控整流的电压系数，在不控整流充电时，子模块实际电 压为系统正常运行子模块电压的0.7倍，因此ki通常取0.7;根据电容电压波动控制量ε的要 求，确定任意两个串联子模块的均压偏差值A化，Δ化= 2ε?Τ，其中，2是考虑极端情况下串 联子模块两两之间一个为正的ε，一个为负的ε。 步骤6:如图2所示，先假设两个串联子模块电压达到平衡，此时有： Ici = Ic2,Idi = Id2 (2) 根据公式(1)和公式(2)得到： Idi = f(Uci) Jd2 = f(Uc2) (3) 由于子模块之间为串联关系，同时考虑供电装置及其所带负载之间的差异性可 知，当串联子模块总电压不变时，若化1增大，则1]。2减小;结合步骤4和步骤5得到：[004引 当 Uci = U0+AU (4)，现JUc2 = U0-AU (5)本文档来自技高网...

【技术保护点】
柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对带负载后的供电装置进行测量得到输入电压U和输入电流I；步骤2：对供电装置的输入电压和输入电流进行数据分析建模，得到关于供电装置输入特性的函数：I＝f(U)      (1)；步骤3：确定串联子模块均压目标值为U0；确定串联子模块的均压偏差值ΔU；步骤4：得到串联子模块的静态均压电阻的计算公式：R=2ΔUf(U0-ΔU)-f(U0+ΔU)---(2).]]>

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雒龙飞，张彦斌，贾立新，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61