降低全桥型MMC子模块电容值的方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及模块化多电平变流器技术领域，具体涉及一种降低全桥型MMC子模块电容值的方法与系统，目的在于降低全桥型MMC子模块电容值。本发明专利技术提出的降低全桥型MMC子模块电容值的方法包括：计算最优三次谐波电压的初始相位和幅值；根据初始相位和幅值，生成最优三次谐波电压；由闭环控制产生全桥型MMC三相参考电压，进而根据直流电压参考值、三相参考电压和最优三次谐波电压生成全桥型MMC各桥臂的参考电压；各桥臂的参考电压，生成控制各桥臂中全桥子模块投入或切除的驱动控制信号，以此信号控制上、下桥臂的所有子模块投入或切除，能够有效抑制全桥型MMC子模块电容电压的波动，并进一步降低了全桥型MMC的子模块电容值。

Method and System for Reducing Capacitance Value of Full Bridge MMC Submodule

【技术实现步骤摘要】
降低全桥型MMC子模块电容值的方法与系统
本专利技术涉及模块化多电平变流器
，具体涉及一种降低全桥型MMC子模块电容值的方法与系统。
技术介绍
基于电压源型换流器的柔性高压直流输电(voltagesourcedconverterhighvoltagedirectcurrent，VSC-HVDC)技术具有潮流调节能力强、运行方式灵活以及具备黑启动能力等优点而获得了国内外学者和研究机构的广泛关注。另一方面，模块化多电平变流器(modularmultilevelconverter，MMC)以其低谐波含量、高可靠性以及高效率等优点极大地推动了VSC-HVDC技术的发展。近些年，基于模块化多电平变流器的多端直流输电(multi-terminalDC，MTDC)工程和异步电网互联工程已在世界各地相继投运。然而，在架空线直流输电领域，传统的由半桥子模块构成的半桥型MMC在直流短路故障发生时不具备故障自清除能力，其应用受到很大限制。但由全桥子模块构成的全桥型MMC具备直流短路故障穿越能力，能够有效解决电能长距离传输过程中存在的直流故障风险。此外，在由电网换相换流器(linecommutatedconverter，LCC)和MMC构成的混合直流输电系统中，潮流反转只能通过改变直流母线电压极性实现，而全桥型MMC具备直流电压极性反转能力。因此，全桥型MMC在直流输电领域的研究获得了较广泛关注。对应用于VSC-HVDC系统的MMC，其每个桥臂均含有数百个子模块，每个子模块均包含一个电容。在稳态运行过程中，由于桥臂电流对子模块电容具有充电或放电作用，所以MMC子模块电容电压一直处于波动状态。又因为桥臂电流主要由直流分量和基频交流分量构成，因此，一般情况下，MMC子模块电容值需要达到一定值才能满足其对波动范围的要求。例如，中国云南电网与南方电网主网±350kV/1000MW鲁西背靠背直流异步联网工程中，由于变流器功率较大，广西侧换流阀单个子模块的质量超过了200kg，其中子模块电容为12mF，质量超过了100kg，占子模块总质量的50％以上。过大的子模块电容不仅增加了变流器成本，还给工程的实施与调试带来了很大难度。为了解决这一问题，相关文献也提出了关于降低MMC子模块电容值的方法。在《IETGeneration,Transmission&Distribution》2016年第10卷第11期2764-2770页刊登的《Influenceofthirdharmonicinjectiononmodularmultilevelconverter-basedhigh-voltagedirectcurrenttransmissionsystems》分析了注入三次谐波电压对MMC子模块电容电压波动的影响，分析表明注入三次谐波电压能够降低MMC子模块电容电压波动，从而实现降低其子模块电容值。刊登在《IEEETransactionsonPowerElectronics》2014年第29卷第1期77-88页的《Onenergystoragerequirementsinmodularmultilevelconverters》分析了MMC在不同功率因数角条件下注入三次谐波电压对子模块电容电压波动的影响。刊登在《IEEETransactionsonIndustrialElectronics》2018年第65卷第7期5260-5271页的《ApplicationofThird-OrderHarmonicVoltageInjectioninaModularMultilevelConverter》分析了利用三次谐波电压注入法实现减少桥臂子模块个数，但子模块电容电压波动几乎未受影响。现有文献未对所注入的三次谐波电压的幅值和相位进行优化，而且以上分析主要针对半桥型MMC。对于全桥型MMC，尤其是当桥臂电压中存在负电压的工况，现有文献鲜有分析。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种降低全桥型MMC子模块电容值的方法与系统，能够进一步降低全桥型MMC的子模块电容值。本专利技术的一方面，提出一种降低全桥型MMC子模块电容值的方法，所述全桥型MMC为三相对称结构，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由桥臂电感L及若干级联的全桥子模块构成，所述方法包括：获取所述全桥型MMC的最优三次谐波电压的初始相位；获取所述最优三次谐波电压的幅值；根据所述初始相位和所述幅值，生成所述最优三次谐波电压；由闭环控制产生全桥型MMC三相参考电压，进而根据直流电压参考值、所述三相参考电压和所述最优三次谐波电压生成所述全桥型MMC各桥臂的参考电压；根据所述全桥型MMC各桥臂的参考电压，生成控制各桥臂中所述全桥子模块投入或切除的驱动控制信号，从而降低所述全桥子模块的电容值。优选地，“获取所述全桥型MMC的最优三次谐波电压的初始相位”的步骤包括：根据所述全桥型MMC当前运行状态下的有功功率与无功功率计算出所述全桥型MMC的功率因数角；按照下式计算出所述最优三次谐波电压的所述初始相位：其中，θopt为所述初始相位，为所述功率因数角。优选地，“获取所述最优三次谐波电压的幅值”的步骤包括：基于预设的功率因数角-幅值对应关系表，根据所述功率因数角获取所述最优三次谐波电压的所述幅值。优选地，所述预设的功率因数角-幅值对应关系表根据下式的关系构建而成：其中，α为所述幅值，为所述功率因数角。优选地，“根据直流电压参考值、所述三相参考电压和所述最优三次谐波电压生成所述全桥型MMC各桥臂的参考电压”的步骤包括：按照下式计算所述全桥型MMC各桥臂的参考电压：其中，upa、upb和upc分别为a相、b相和c相上桥臂的参考电压，una、unb和unc分别为a相、b相和c相下桥臂的参考电压；Udcref为所述直流电压参考值，uaref、ubref和ucref分别是所述三相参考电压中a相、b相和c相的交流参考电压；u3th为所述最优三次谐波电压。本专利技术的另一方面，提出一种降低全桥型MMC子模块电容值的系统，所述全桥型MMC为三相对称结构，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由桥臂电感L及若干级联的全桥子模块构成，所述系统包括：初始相位获取模块，用于获取所述全桥型MMC的最优三次谐波电压的初始相位；幅值获取模块，用于获取所述最优三次谐波电压的幅值；电压生成模块，用于根据所述初始相位和所述幅值，生成所述最优三次谐波电压；桥臂参考电压生成模块，用于由闭环控制产生全桥型MMC三相参考电压，进而根据直流电压参考值、所述三相参考电压和所述最优三次谐波电压生成所述全桥型MMC各桥臂的参考电压；控制信号生成模块，用于根据所述全桥型MMC各桥臂的参考电压，生成控制各桥臂中所述全桥子模块投入或切除的驱动控制信号，从而降低所述全桥子模块的电容值。优选地，所述初始相位获取模块包括：功率因数角计算单元，用于根据所述全桥型MMC当前运行状态下的有功功率与无功功率计算出所述全桥型MMC的功率因数角；初始相位计算单元，用于按照下式计算出所述最优三次谐波电压的所述初始相位：其中，θopt为所述初始相位，为所述功率因数角。优选地，所述幅值获取模块具体配置为：基于预设的功率因数角-幅值对应关系表，根据所述功率因数角获取所述最优三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低全桥型MMC子模块电容值的方法，所述全桥型MMC为三相对称结构，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由桥臂电感L及若干级联的全桥子模块构成，其特征在于，所述方法包括：获取所述全桥型MMC的最优三次谐波电压的初始相位；获取所述最优三次谐波电压的幅值；根据所述初始相位和所述幅值，生成所述最优三次谐波电压；由闭环控制产生全桥型MMC三相参考电压，进而根据直流电压参考值、所述三相参考电压和所述最优三次谐波电压生成所述全桥型MMC各桥臂的参考电压；根据所述全桥型MMC各桥臂的参考电压，生成控制各桥臂中所述全桥子模块投入或切除的驱动控制信号，从而降低所述全桥子模块的电容值。

【技术特征摘要】
1.一种降低全桥型MMC子模块电容值的方法，所述全桥型MMC为三相对称结构，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由桥臂电感L及若干级联的全桥子模块构成，其特征在于，所述方法包括：获取所述全桥型MMC的最优三次谐波电压的初始相位；获取所述最优三次谐波电压的幅值；根据所述初始相位和所述幅值，生成所述最优三次谐波电压；由闭环控制产生全桥型MMC三相参考电压，进而根据直流电压参考值、所述三相参考电压和所述最优三次谐波电压生成所述全桥型MMC各桥臂的参考电压；根据所述全桥型MMC各桥臂的参考电压，生成控制各桥臂中所述全桥子模块投入或切除的驱动控制信号，从而降低所述全桥子模块的电容值。2.根据权利要求1所述的降低全桥型MMC子模块电容值的方法，其特征在于，“获取所述全桥型MMC的最优三次谐波电压的初始相位”的步骤包括：根据所述全桥型MMC当前运行状态下的有功功率与无功功率计算出所述全桥型MMC的功率因数角；按照下式计算出所述最优三次谐波电压的所述初始相位：其中，θopt为所述初始相位，为所述功率因数角。3.根据权利要求2所述的降低全桥型MMC子模块电容值的方法，其特征在于，“获取所述最优三次谐波电压的幅值”的步骤包括：基于预设的功率因数角-幅值对应关系表，根据所述功率因数角获取所述最优三次谐波电压的所述幅值。4.根据权利要求3所述的降低全桥型MMC子模块电容值的方法，其特征在于，所述预设的功率因数角-幅值对应关系表根据下式的关系构建而成：其中，α为所述幅值，为所述功率因数角。5.根据权利要求1所述的降低全桥型MMC子模块电容值的方法，其特征在于，“根据直流电压参考值、所述三相参考电压和所述最优三次谐波电压生成所述全桥型MMC各桥臂的参考电压”的步骤包括：按照下式计算所述全桥型MMC各桥臂的参考电压：其中，upa、upb和upc分别为a相、b相和c相上桥臂的参考电压，una、unb和unc分别为a相、b相和c相下桥臂的参考电压；Udcref为所述直流电压参考值，uaref、ubref和ucref分别是所述三相参考电压中a相、b相和c相的交流参考电压；u3th为所述最优三次谐波电压。6.一种降低全桥型MMC子模块电容值的系统，所述全桥型MMC为三相对称结构，每相由上...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵聪，栾轲栋，李子欣，王平，李耀华，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11