模块化多电平换流器的稳态故障电流的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种模块化多电平换流器(MMC)的稳态故障电流的计算方法。该方法包括：根据MMC的桥臂电感系数k和交流侧电抗X

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平换流器的稳态故障电流的计算方法
本专利技术涉及直流电网
，尤其涉及一种模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的稳态故障电流的计算方法。
技术介绍
随着分布式能源的不断发展和用户对供电质量和供电可靠性要求的不断提高，基于电压源型换流器(voltagesourceconverter,VSC)的柔性直流输、配电网技术受到了人们的广泛关注。在已有的VSC拓扑中，模块化多电平换流器MMC因其模块化设计、低损耗和高波形质量的特点成为了最具前景的换流器，目前已有多个基于模块化多电平换流器的直流电网投入运行。柔性直流电网最大的挑战之一是直流侧故障的保护，由于直流系统阻尼小，在直流侧短路故障情况下，直流故障电流通常在很短时间内攀升至额定值的十几倍。为设计有效的保护方案和设备合理选型，必须对直流短路故障电流进行准确预估。然而，现有技术的故障电流计算方法大多基于数值求解，尽管能够给出单一故障场景下的具体波形，但也存在计算精度与效率相互矛盾、受模型制约、无法揭示参数对故障电流的影响机理等问题。随着工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平换流器的稳态故障电流的计算方法，其特征在于，包括：/n步骤1：获取模块化多电平换流器MMC的参数：k,U

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器的稳态故障电流的计算方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取模块化多电平换流器MMC的参数：k,Us,Xac,Rdc，Us为换流器交流侧电源幅值，k为桥臂电感系数，Us为MMC交流侧等值电源的相电压幅值，Xac为MMC交流侧等值电抗，Rdc为MMC直流侧的电阻，根据所述参数k和Xac计算出MMC的直流侧临界电阻值RA/B、RB/C和RC/D；
步骤2：当满足RA/B≤Rdc时，判断MMC处于工作模式A；当满足RB/C≤Rdc≤RA/B时，判断MMC处于工作模式B；当满足RC/D≤Rdc≤RB/C时，判断MMC处于工作模式C；当满足0≤Rdc≤RC/D时，判断MMC处于工作模式D；在工作模式A中，γ＝0°，在工作模式B中，0°<γ<60°，在工作模式C中，60°<γ<120°，在工作模式D中，120°<γ<180°，γ为MMC各相上、下桥臂在半个交流周期内的导通重叠角度；
步骤3：根据所述参数k,Us,Rdc和直流侧临界电阻值RA/B、RB/C和RC/D分别计算出不考虑交流侧电阻时的工作模式A、B、C和D下稳态直流故障电流平均值Idc和导通重叠角β，在工作模式A中，β＝γ＝0°，在工作模式B中，0°<β＝γ<60°，在工作模式C中，0°<β＝γ-60°<60°，在工作模式D中，0°<β＝γ-120°<60°；
步骤4：根据工作模式A、B、C和D的直流电流和导通重叠角，分别计算出不考虑交流侧电阻时工作模式A、B、C和D的稳态交流故障电流幅值Ism和相角


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，MMC故障稳态阶段等效电路结构包括依次串连连接的交流电网单元、换流变压器、换流器和直流侧单元4个部分，交流电网单元包括互相并联的三相等值电源ej，j＝a,b,c，其幅值为Us，三相等值电源ea、eb、ec都分别与交流电网单元中的Lg、Rg、换流变压器中的Lt、Rt串连连接，Lg、Rg为交流电网的等值电感、等值电阻，Lt、Rt为换流变压器的等值电感、等值电阻，三相等值电源ea、eb、ec还分别与换流器中的a、b、c三相二极管电路串连连接，a相二极管电路包括串连连接的上二极管D1和下二极管D4，b相二极管电路包括串连连接的上二极管D3和下二极管D6，c相二极管电路包括串连连接的上二极管D5和下二极管D2，直流侧单元包括串连连接的直流侧电感Ldc和电阻Rdc；La为MMC桥臂电感；
在所述工作模式A中，MMC每相上、下二极管将交替导通180°，任意时刻换流器有且仅有3个二极管导通；
在所述工作模式B中，在1/6工频周期内，换流器既存在3个二极管同时导通情况，也存在4个二极管同时导通情况，换流器以3-4模式连续交替导通；
在所述工作模式C中，在1/6工频周期内，换流器既存在4个二极管同时导通情况，也存在5个二极管同时导通情况，换流器以4-5模式连续交替导通；
在所述工作模式D中，在1/6工频周期内，换流器既存在5个二极管同时导通情况，也存在6个二极管同时导通情况，换流器以5-6模式连续交替导通。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据所述参数k和Xac计算出MMC的临界电阻值RA/B、RB/C和RC/D，包括：



其中Xac＝ωLg+ωLt，Lg、Lt分别为MMC交流侧电网的等值电感和变压器的等值电感，ω为交流电网的角频率。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据所述参数k,Us,Rdc和临界电阻值RA/B、RB/C和RC/D分别计算出不考虑交流侧电阻时的工作模式A、B、C和D下稳态直流故障电流平均值Idc和导通重叠角β，包括：
MMC稳态直流侧故障电流idc为MMC的上桥臂上的a,b,c三相二极管电路的故障电流i1、i3和i5之和，即idc＝i1+i3+i5，所述a,b,c三相二极管电路互相对称，i1、i3、i5的波形相同，初相角互差120°，MMC稳态交流侧故障电流的峰值与各相二极管电路的故障电流的峰值相同；
根据所述工作模式A、B、C和D下a、b和c三相二极管电路的导通状态，将电流i1划分为多个区间进行逐个求解，根据i1以及i1、i3、i5间的相角关系得到电流i3和i5的值，根据i1、i3和i5的值以及直流侧电压电流的关系，推导出不考虑交流侧电阻时的工作模式A、B、C和D的稳态直流故障电流平均值Idc和导通重叠角β。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的根据所述参数k,Us,Rdc和临界电阻值RA/B、RB/C和RC/D分别计算出不考虑交流侧电阻时的工作模式A、B、C和D下稳态直流故障电流平均值Idc和的导通重叠角β，包括：
在工作模式B下的直流电流平均值Idc、交流电流幅值Ism与桥臂上的a相二极管电路电流i1的关系为：
Idc＝i1(ωt＝α+β+π/3)(2)
Ism＝i1(ωt＝α+β+π/3)(3)
其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：和敬涵，李猛，罗易萍，王小君，许寅，张大海，罗国敏，张放，吴翔宇，倪平浩，王颖，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11