一种混合型换流器中功率模块的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种混合型换流器中功率模块的设计方法，所述混合型换流器包括NH个半桥功率模块和NF个全桥功率模块，当需要满足输出电压约束条件时，对应获得第一NH初始值和第一NF初始值；当需要满足直流降压运行约束条件时，对应获得第二NH初始值和第二NF初始值；当需要满足直流线路故障自清除约束条件时，对应获得第三NH初始值和第三NF初始值；当需要满足阀组在线投退约束条件时，对应获得第四NH初始值和第四NF初始值；根据获得的NH的初始值中的至少一个获得NH的最终值，并根据获得的NF的初始值中的至少一个获得NF的最终值。本发明专利技术能够根据不同的应用需求确定混合型换流器中半桥功率模块和全桥功率模块的数量。

A design method of power module in hybrid converter

The invention discloses a design method of a power module in a hybrid converter. The hybrid converter includes NH half bridge power modules and NF full bridge power modules. When the output voltage constraints are required, the initial value of the first NH and the first NF initial value are obtained. At the time, the initial value of second NH and the initial value of second NF are obtained; the initial value of third NH and the initial value of third NF are obtained when the DC line fault self scavenging constraints need to be satisfied; the initial value of fourth NH and the initial value of the fourth NF are obtained when the valve group is required to be cast on the line, and the initial value of the fourth NH is obtained, and the initial NH is obtained. At least one of the values obtains the final value of NH and obtains the final value of NF according to at least one of the initial values of the NF obtained. The invention can determine the number of half bridge power module and full bridge power module in hybrid converter according to different application requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种混合型换流器中功率模块的设计方法
本专利技术涉及柔性直流输电
，尤其涉及一种混合型换流器中功率模块的设计方法。
技术介绍
特高压、远距离、大容量输电是柔性直流输电的重要发展方向，能满足大型能源基地电力外送的需求，将特高压、远距离、大容量的柔性直流输电应用于逆变站，可以提升多直流馈入受端电网的安全、稳定水平。在特高压、远距离、大容量输电场景下，柔性直流输电需要采用直流架空线作为输电媒介，虽然直流架空线的成本低，但是故障率高，为了提高柔性直流输电系统的可靠性，避免直流线路故障时柔性直流输电系统停运，柔性直流输电系统的换流器必须要具备直流故障自清除能力和快速重启动能力。现有技术提供的一种混合型换流器的拓扑采用了级联多电平结构，换流器的每个桥臂中的功率模块由半桥功率模块和全桥功率模块混合串联组成，在满足直流故障自清除和快速重启动的同时，可以有效控制换流器的成本和损耗，具有较大的应用潜力，而根据不同的应用需求，混合型换流器中半桥功率模块和全桥功率模块的数量是不同的，因此，根据不同的应用需求确定混合型换流器中半桥功率模块和全桥功率模块的数量具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种混合型换流器中功率模块的设计方法，能够根据不同的应用需求确定混合型换流器中半桥功率模块和全桥功率模块的数量。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种混合型换流器中功率模块的设计方法，所述混合型换流器包括NH个半桥功率模块和NF个全桥功率模块，包括：当所述混合型换流器需要满足输出电压约束条件时，根据额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第一NH初始值和第一NF初始值；当所述混合型换流器需要满足直流降压运行约束条件时，根据直流降压运行的幅度、直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第二NH初始值和第二NF初始值；当所述混合型换流器需要满足直流线路故障自清除约束条件时，根据直流线路故障清除过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第三NH初始值和第三NF初始值；当所述混合型换流器需要满足阀组在线投退约束条件时，根据阀组投退过程中所述混合型换流器的功率因数角、阀组投退过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第四NH初始值和第四NF初始值；根据第一NH初始值、第二NH初始值、第三NH初始值和第四NH初始值中的至少一个获得NH的最终值，并根据第一NF初始值、第二NF初始值、第三NF初始值和第四NF初始值中的至少一个获得NF的最终值。进一步地，所述当所述混合型换流器需要满足输出电压约束条件时，根据额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第一NH初始值和第一NF初始值，具体为：当所述混合型换流器需要满足预设的有功功率和无功功率输出范围时，根据以下公式计算获得第一NH初始值和第一NF初始值：或其中，UAC为额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值，UDC为所述混合型换流器的额定直流电压，USM为功率模块的额定运行电压。进一步地，额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值UAC根据以下公式计算获得：其中，U为交流母线相电压的幅值，k为变压器的变比，P、Q分别为额定功率下柔性直流换流站注入交流系统的有功功率和无功功率，R0为变压器、桥臂电抗器和换流阀的总等效损耗电阻，ω0为工频角频率，LT为变压器折算到换流阀侧的短路阻抗值，L为桥臂电抗器的电感值。进一步地，所述当所述混合型换流器需要满足直流降压运行约束条件时，根据直流降压运行的幅度、直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第二NH初始值和第二NF初始值，具体为：当所述混合型换流器需要满足直流降压运行约束条件时，根据以下公式计算获得第二NH初始值和第二NF初始值：或其中，α为直流降压运行的幅度，一般为70％～80％，UAC为直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值，UDC为所述混合型换流器的额定直流电压，USM为功率模块的额定运行电压。进一步地，直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值UAC根据以下公式计算获得：其中，U为交流母线相电压的幅值，k为变压器的变比，P、Q分别为直流降压运行时柔性直流换流站注入交流系统的有功功率和无功功率，R0为变压器、桥臂电抗器和换流阀的总等效损耗电阻，ω0为工频角频率，LT为变压器折算到换流阀侧的短路阻抗值，L为桥臂电抗器的电感值。进一步地，所述当所述混合型换流器需要满足直流线路故障自清除约束条件时，根据直流线路故障清除过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第三NH初始值和第三NF初始值，具体包括：当所述混合型换流器需要满足直流线路故障自清除约束条件时，若通过闭锁换流器的方式清除直流线路故障，则根据以下公式计算获得第三NH初始值和第三NF初始值：或若通过产生反向电压的方式清除直流线路故障，则根据以下公式计算获得第三NH初始值和第三NF初始值：或其中，U为交流母线相电压的幅值，UAC为直流线路故障清除过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值，UDC为所述混合型换流器的额定直流电压，USM为功率模块的额定运行电压，β为所述混合型换流器产生反向电压的幅度。进一步地，直流线路故障清除过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值UAC根据以下公式计算获得：其中，k为变压器的变比，Q为直流线路故障清除过程中柔性直流换流站注入交流系统的无功功率，R0为变压器、桥臂电抗器和换流阀的总等效损耗电阻，ω0为工频角频率，LT为变压器折算到换流阀侧的短路阻抗值，L为桥臂电抗器的电感值。进一步地，所述当所述混合型换流器需要满足阀组在线投退约束条件时，根据阀组投退过程中所述混合型换流器的功率因数角、阀组投退过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第四NH初始值和第四NF初始值，具体为：当所述混合型换流器需要满足阀组在线投退约束条件时，根据以下公式计算获得第四NH初始值和第四NF初始值：或其中，为阀组投退过程中所述混合型换流器的功率因数角，UAC为阀组投退过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值，UDC为所述混合型换流器的额定直流电压，USM为功率模块的额定运行电压。进一步地，阀组投退过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值UAC根据以下公式计算获得：其中，U为交流母线相电压的幅值，k为变压器的变比，IDC为所述混合型换流器的额定直流电流，R0为变压器、桥臂电抗器和换流阀的总等效损耗电阻，Q为阀组投退过程中柔性直流换流站注入交流系统的无功功率，ω0为工频角频率，LT为变压器折算到换流阀侧的短路阻抗值，L为桥臂电抗器的电感值。进一步地，所述根据第一NH初始值、第二NH初始值、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合型换流器中功率模块的设计方法，其特征在于，所述混合型换流器包括NH个半桥功率模块和NF个全桥功率模块，包括：当所述混合型换流器需要满足输出电压约束条件时，根据额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第一NH初始值和第一NF初始值；当所述混合型换流器需要满足直流降压运行约束条件时，根据直流降压运行的幅度、直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第二NH初始值和第二NF初始值；当所述混合型换流器需要满足直流线路故障自清除约束条件时，根据直流线路故障清除过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第三NH初始值和第三NF初始值；当所述混合型换流器需要满足阀组在线投退约束条件时，根据阀组投退过程中所述混合型换流器的功率因数角、阀组投退过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第四NH初始值和第四NF初始值；根据第一NH初始值、第二NH初始值、第三NH初始值和第四NH初始值中的至少一个获得NH的最终值，并根据第一NF初始值、第二NF初始值、第三NF初始值和第四NF初始值中的至少一个获得NF的最终值。...

【技术特征摘要】
1.一种混合型换流器中功率模块的设计方法，其特征在于，所述混合型换流器包括NH个半桥功率模块和NF个全桥功率模块，包括：当所述混合型换流器需要满足输出电压约束条件时，根据额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第一NH初始值和第一NF初始值；当所述混合型换流器需要满足直流降压运行约束条件时，根据直流降压运行的幅度、直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第二NH初始值和第二NF初始值；当所述混合型换流器需要满足直流线路故障自清除约束条件时，根据直流线路故障清除过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第三NH初始值和第三NF初始值；当所述混合型换流器需要满足阀组在线投退约束条件时，根据阀组投退过程中所述混合型换流器的功率因数角、阀组投退过程中所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第四NH初始值和第四NF初始值；根据第一NH初始值、第二NH初始值、第三NH初始值和第四NH初始值中的至少一个获得NH的最终值，并根据第一NF初始值、第二NF初始值、第三NF初始值和第四NF初始值中的至少一个获得NF的最终值。2.如权利要求1所述的混合型换流器中功率模块的设计方法，其特征在于，所述当所述混合型换流器需要满足输出电压约束条件时，根据额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第一NH初始值和第一NF初始值，具体为：当所述混合型换流器需要满足预设的有功功率和无功功率输出范围时，根据以下公式计算获得第一NH初始值和第一NF初始值：或其中，UAC为额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值，UDC为所述混合型换流器的额定直流电压，USM为功率模块的额定运行电压。3.如权利要求2所述的混合型换流器中功率模块的设计方法，其特征在于，额定功率下所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值UAC根据以下公式计算获得：其中，U为交流母线相电压的幅值，k为变压器的变比，P、Q分别为额定功率下柔性直流换流站注入交流系统的有功功率和无功功率，R0为变压器、桥臂电抗器和换流阀的总等效损耗电阻，ω0为工频角频率，LT为变压器折算到换流阀侧的短路阻抗值，L为桥臂电抗器的电感值。4.如权利要求1所述的混合型换流器中功率模块的设计方法，其特征在于，所述当所述混合型换流器需要满足直流降压运行约束条件时，根据直流降压运行的幅度、直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值、所述混合型换流器的额定直流电压和功率模块的额定运行电压获得第二NH初始值和第二NF初始值，具体为：当所述混合型换流器需要满足直流降压运行约束条件时，根据以下公式计算获得第二NH初始值和第二NF初始值：或其中，α为直流降压运行的幅度，一般为70％～80％，UAC为直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值，UDC为所述混合型换流器的额定直流电压，USM为功率模块的额定运行电压。5.如权利要求4所述的混合型换流器中功率模块的设计方法，其特征在于，直流降压运行时所述混合型换流器输出的交流相电压的幅值UAC根据以下公式计算获得：其中，U为交流母线相电压的幅值，k为变压器的变比，P、Q分别为直流降压运行时柔性直流换流...

【专利技术属性】
技术研发人员：周月宾，饶宏，许树楷，朱喆，魏伟，侯婷，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44