一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法技术

本发明专利技术涉及一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，首先确定待预测系统的主回路参数；然后分析MMC稳态下偏置电流特性，得到MMC稳态下交流侧偏置电流的特性表达式；最后分析桥臂参数不对称下的偏置电流特性，得到桥臂参数不对称情况下的交流侧直流偏置电流。本发明专利技术能够有效预测交流侧的直流电流。

【技术实现步骤摘要】
一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法
本专利技术涉及直流输电
，特别是一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法。
技术介绍
直流输电技术被广泛应用及带来巨大经济效益的同时，也产生了一定技术和管理上的新问题，给交直流系统的运行带来新的挑战。其中，直流偏磁便是当前电力系统发展面临的新问题。所谓直流偏磁，是指某种原因出现的直流分量导致铁磁材料直流磁化直至饱和。因此，在电力系统中，诸如电力变压器、电流互感器等基于电磁感应原理设计，由铁芯构成主要磁通的电力设备都会受到直流偏磁问题的影响。实际投入运行的VSC-HVDC项目采用的拓扑结构主要有两电平、三电平及模块化多电平拓扑结构。其中，模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)可以较好解决两电平和三电平换流器存在的固有缺陷，而且具有损耗低，输出电压谐波小等优点，备受业界的关注。不过，现有的偏磁模型针对的是传统输电工程中，单极大地回线运行以及太阳黑子运动产生磁暴这两种偏磁来源。而实际工程中，由于制造工艺、制造材料、运行工况等众多因素，MMC上、下桥臂参数会存在不完全对称的问题，也会引发交流侧电流的直流偏置，导致变压器的直流偏磁。随着系统运行年限的增加，桥臂参数的变化程度增大，因此这种情况下的偏磁问题是长期存在且会随着时间愈发严重，然而现有技术中却没有针对MMC-HVDC系统桥臂参数不对称下的情况提出有效的直流偏置电流预测方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，能够有效预测交流侧的直流电流。本专利技术采用以下方案实现：一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，包括以下步骤：确定待预测系统的主回路参数；根据待预测系统的主回路参数，采用式(1)计算桥臂参数不对称情况下的交流侧直流偏置电流：式中，Ivj_0表示桥臂参数不对称情况下的j相的交流侧直流偏置电流；Udc表示直流侧电压，Rpj表示第j相上桥臂的等效电阻，Rnj表示第j相下桥臂的等效电阻；其中，式中，N表示每个桥臂上的子模块数量，Lpj表示第j相上桥臂的桥臂电感，ω表示电网角频率，C表示子模块中的电容，Lnj表示第j相下桥臂的桥臂电感。进一步地，采用以下步骤得到式(1)：步骤S1：分析MMC稳态下偏置电流特性，得到MMC稳态下交流侧偏置电流的特性表达式；步骤S2：分析桥臂参数不对称下的偏置电流特性，并根据步骤S1得到的MMC稳态下交流侧偏置电流的特性表达式，得到桥臂参数不对称情况下的交流侧直流偏置电流。进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11：根据基尔霍夫电流定律得到，第j相桥臂的电流ivj满足下式：ivj＝ipj-inj；式中，ipj表示第j相上桥臂电流，inj表示第j相下桥臂电流；定义桥臂共模电流为icirj，即表示第j相环流：步骤S12：设桥臂电流表示为以下多种频率成分叠加的形式：式中，Ipj_0表示第j相上桥臂电流的直流分量，Inj_0表示第j相下桥臂电流的直流分量，Ipj_h和分别表示第j相桥臂电流h次谐波的幅值和初相角；取平均开关函数：式中，Spj、Snj分别表示第j相上、下桥臂的开关函数，m为电压调制比，θj为交流系统第j相等效电动势初相角；令电容电流的集合平均值为桥臂电流与平均开关函数的乘积：式中，ic,pj表示第j相上桥臂子模块电容电流集合平均值，ic,nj表示第j相下桥臂子模块电容电流集合平均值；步骤S13：为了满足稳态运行，令电容电流的直流分量为0，即：式中，Ipj_1表示第j相上桥臂电流基频谐波的幅值，Inj_1表示第j相下桥臂电流基频谐波的幅值，表示第j相桥臂电流基频谐波的初相角；步骤S13：采用下式计算MMC稳态下交流侧偏置电流的特性表达式：式中，Icirj_1表示第j相桥臂共模电流的基频分量。进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：仅考虑桥臂电流中的直流量与基频分量，将桥臂电压的基频增量表示为：式中，表示第j相上桥臂的电压增量的基频分量，表示第j相下桥臂的电压增量的基频分量，Ipj_0表示第j相上桥臂电流的直流分量，Inj_0表示第j相下桥臂电流的直流分量；步骤S22：设j相交流输出电压基频量为：式中，表示第j相交流输出电压的基频分量；U表示第j相交流输出电压的基频电压的幅值；对上、下桥臂阻抗进行区分，桥臂电压的基频波动满足：式中，表示第j相上桥臂的电压基频分量，表示第j相下桥臂的电压基频分量步骤S23：综合考虑步骤S21-步骤S22，对于上桥臂有：式中，Ipj_1表示第j相上桥臂电流的基频分量；则上桥臂电流基频量的计算采用下式：其中，则，不对称情况下的上桥臂电流的直流分量为：同理，不对称情况下的下桥臂直流分量为：其中，步骤S23：得到桥臂参数不对称情况下的交流侧直流偏置电流表达式为：与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：1、本专利技术基于子模块电容电流特性得到MMC-HVDC稳态下交流侧直流偏置电流特性，实现环流基频量和交流直流量的相互转换，能够适用于任何基频环流存在引起交流侧出现直流电流的场景。2、本专利技术考虑模块化多电平换流器桥臂参数不对称的情况，提出以系统参数表示的交流侧直流偏置电流等效方法，无需额外监测设备，从而实现该场景下研究变压器直流偏磁问题时对系统阀侧的简化。对于待建直流输电工程，可以在确定系统参数时，利用本专利技术的方法从降低直流偏磁发生影响的角度辅助参数的确定；对于已投入运行的直流输电工程，可以借助本专利技术的方法，对桥臂参数不对称下的变压器直流偏磁影响进行评估，判断进行偏磁抑制的必要性。附图说明图1为本专利技术实施例的方法流程示意图。图2为三相MMC典型拓扑。图3为本专利技术实施例的MMC子模块数与偏置电流的关系示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。如图1所示，本实施例提供了一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，其中典型的三相MMC典型拓扑如图2所示。图中，子模块采用半桥结构，每个桥臂由N个相同的子模块(SM)、桥臂电感L0以及等效电阻R0串联而成。各电气量正方向按图示进行定义。O点、O’分别表示直流侧、交流侧零电位参考点，v表示MMC交流出口处。交流系统用理想电压源usj进行等效(j本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，其特征在于，/n确定待预测系统的主回路参数；/n根据待预测系统的主回路参数，采用式(1)计算桥臂参数不对称情况下的交流侧直流偏置电流：/n

【技术特征摘要】
1.一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，其特征在于，
确定待预测系统的主回路参数；
根据待预测系统的主回路参数，采用式(1)计算桥臂参数不对称情况下的交流侧直流偏置电流：



式中，Ivj_0表示桥臂参数不对称情况下j相的交流侧直流偏置电流；Udc表示直流侧电压，Rpj表示第j相上桥臂的等效电阻，Rnj表示第j相下桥臂的等效电阻；其中，






式中，N表示每个桥臂上的子模块数量，Lpj表示第j相上桥臂的桥臂电感，ω表示电网角频率，C表示子模块中的电容，Lnj表示第j相下桥臂的桥臂电感。


2.根据权利要求1所述的一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，其特征在于，采用以下步骤得到式(1)：
步骤S1：分析MMC稳态下偏置电流特性，得到MMC稳态下交流侧偏置电流的特性表达式；
步骤S2：分析桥臂参数不对称下的偏置电流特性，并根据步骤S1得到的MMC稳态下交流侧偏置电流的特性表达式，得到桥臂参数不对称情况下的交流侧直流偏置电流。


3.根据权利要求2所述的一种MMC桥臂阻抗不对称下的交流侧直流偏置电流预测方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：根据基尔霍夫电流定律得到，第j相桥臂的电流ivj满足下式：
ivj＝ipj-inj；
式中，ipj表示第j相上桥臂电流，inj表示第j相下桥臂电流；
定义桥臂共模电流为icirj，即表示第j相环流：



步骤S12：设桥臂电流表示为以下多种频率成分叠加的形式：



式中，Ipj_0表示第j相上桥臂电流的直流分量，Inj_0表示第j相下桥臂电流的直流分量，Ipj_h和分别表示第j相桥臂电流h次谐波的幅值和初相角；
取平均开关函数：



式中，Spj、Snj分别表示第j相上、下桥臂的开关函数，m为电压调制比，θj为交流系统第j相等效电动势初相角；
令电容电流的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文迪，吴昕翀，邵振国，齐佩雯，周腾龙，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35