一种MMC换流器的桥臂电抗单元制造技术

本发明专利技术公开了一种MMC换流器的桥臂电抗单元，包括：电抗电路、RC阻尼网络电路，其中，电抗电路的第一端与MMC换流器的一相上桥臂单元或下桥臂单元连接，其第二端与换流变压器阀侧母线连接；RC阻尼网络电路的第一端及第二端分别与所述电抗电路的第三端连接、第二端对应连接；桥臂电抗单元用于基于预设换流器控制方法、电感分配系数约束条件、谐波阻抗约束条件、基波阻抗比约束条件，确定其元器件参数，使得目标频段下MMC换流器的交流侧等效谐波阻抗实部为正值，从而改善换流器谐波阻抗特性，实现对MMC换流器交流谐波阻抗的有效矫正，消除负阻尼，抑制潜在的高频谐波振荡，并最大限度保持其动态控制性能。持其动态控制性能。持其动态控制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种MMC换流器的桥臂电抗单元


[0001]本专利技术涉及柔性直流换流器的高频谐波振荡抑制
，具体涉及一种MMC换流器的桥臂电抗单元。

技术介绍

[0002]基于模块化多电平(Modular Multilevel Converter，MMC)换流器的柔性直流输电技术广泛适用于新能源接入、弱电网异步互联、城市直流配电等领域，具备广阔应用前景。高频谐波振荡问题是柔性直流输电工程应用中所面临的核心挑战之一，其产生机制在于部分频段下交流电网阻抗与MMC交流侧等效阻抗间不满足奈奎斯特稳定条件，从而在相应频率谐波激励下产生小信号失稳现象，即发生高频谐波振荡。进一步理论分析表明，由MMC自身控制系统时延所导致的局部频段负阻尼(指阻抗实部小于零)特性，是形成谐振风险频段的核心诱因。针对柔直系统所出现的高频谐波振荡现象，现有解决思路包括以下三类：方法一：在电压前馈回路中加入滤波器(包括线性低通滤波器与特殊设计的非线性滤波器)，消除高频扰动信号与控制环路的交互影响，改善MMC在高频段呈现的交流侧等效阻抗特性，但其应用效果受制于滤波器特性，若采用传统线性低通滤波器，受衰减特性影响，在改善高频段阻抗特性的同时极可能恶化中频段(尤其是滤波器截止频率附近频段)的阻抗特性，造成新的振荡频点；若采用特殊设计的非线性滤波器，则会在一定程度上牺牲系统的动态特性；方法二：检测到谐振发生时采取针对谐振频段的主动阻尼控制策略，但其效果受制于主动阻尼控制环路所选用的高通/带通滤波器性能以及环路自身控制时延，在改善特定频段阻抗特性的同时，可能恶化其他频段阻抗特性，产生继发谐振，从而导致连锁响应；方法三：优化控制环路的PI参数设计，其局限性在于实际工程中电网、换流器的小信号特性随工况的变化而改变，难以通过控制参数设计阶段的理论分析完全规避谐波振荡风险，且考虑过多的稳定性约束将导致控制参数设计高度保守化，牺牲系统的动态特性。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的柔性直流换流器的高频谐振抑制电路在抑制谐振时，需要牺牲系统动态特性，不能在全目标频段下规避谐波振荡风险的缺陷，从而提供一种MMC换流器的桥臂电抗单元。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]本专利技术实施例提供一种MMC换流器的桥臂电抗单元，包括：电抗电路、RC阻尼网络电路，其中，电抗电路的第一端与MMC换流器的一相上桥臂单元或下桥臂单元连接，其第二端与换流变压器阀侧母线连接；RC阻尼网络电路的第一端及第二端分别与电抗电路的第三端连接、第二端对应连接；桥臂电抗单元用于基于预设换流器控制方法、电感分配系数约束条件、谐波阻抗约束条件、基波阻抗比约束条件，确定其元器件参数，使得目标频段下的MMC换流器的交流侧等效谐波阻抗实部为正值，呈正阻尼特性。
[0006]在一实施例中，电抗电路包括：谐波电感、基波电感，其中，谐波电感与基波电感串
联连接后的两端分别与一相上桥臂单元或下桥臂单元、换流变压器阀侧母线对应连接。
[0007]在一实施例中，基于电感分配系数、桥臂总电感确定谐波电感参数、基波电感参数。
[0008]在一实施例中，RC阻尼网络电路由至少一个RC阻尼网络单元构成，其中，每个RC阻尼网络单元均包括：阻尼电容、阻尼电阻，其中，当RC阻尼网络电路由一个RC阻尼网络单元构成时，阻尼电容与阻尼电阻串联连接后的两端分别与谐波电感与基波电感串联连接后的连接点、一相上桥臂单元或下桥臂单元连接；当RC阻尼网络电路由至少两个RC阻尼网络单元构成时，多个阻尼电容串联连接后的第一端与谐波电感与基波电感串联连接后的连接点连接，多个阻尼电容串联连接后的第二端通过一个阻尼电阻与一相上桥臂单元或下桥臂单元连接，多个阻尼电容串联连接后的连接点均通过一个阻尼电阻与一相上桥臂单元或下桥臂单元连接。
[0009]在一实施例中，电感分配系数约束条件为：
[0010][0011]其中，α为电感分配系数，k
vh
为MMC换流器输出电压的最大谐波含量，f
h
为考虑的MMC换流器输出电压谐波频率下限，I
h
‑
lim
为MMC换流器允许的桥臂谐波电流有效值上限。
[0012]在一实施例中，谐波阻抗约束条件为：
[0013]Re[Z
MMC
(s)|
s＝j2πf
]>0
[0014]其中，Z
MMC
为MMC换流器交流侧等效谐波阻抗，f为目标谐波频率。
[0015]在一实施例中，谐波阻抗由预设换流器控制方法的多个传递函数、谐波电感、基波电感、阻尼电阻、阻尼电容、换流变压器等效漏感确定。
[0016]在一实施例中，预设换流器控制方法为基于电压外环、电流内环的控制方法，谐波阻抗通过下列公式计算：
[0017][0018][0019]其中，G
PI
为电流内环PI调节器的传递函数；G
d1
和G
d2
分别为反映电流内环和电压前馈环节等效时延的传递函数；G
filter
为电压前馈环路中加入的用于抑制谐波振荡的二阶线性低通滤波器的传递函数；Z
link
‑
eq
为MMC换流器与公共连接点之间的等效连接阻抗，Z
L
为桥臂电抗单元的复阻抗，L
T
为换流变压器等效漏感。
[0020]在一实施例中，当RC阻尼网络单元为一阶RC阻尼网络电路时，电抗单元的复阻抗为：
[0021][0022]其中，L
arm
‑
a
为谐波电感，L
arm
‑
b
为基波电感，C
d
为阻尼电容，R
d
为阻尼电阻，n为RC阻尼网络电路阶数；
[0023]当RC阻尼网络单元为二阶RC阻尼网络电路时，电抗单元的复阻抗为：
[0024][0025]其中，L
arm
‑
a
为谐波电感，L
arm
‑
b
为基波电感，C
d
为阻尼电容，R
d
为阻尼电阻，n为RC阻尼网络电路阶数。
[0026]在一实施例中，基波阻抗比约束条件为：
[0027][0028]其中，β为基波阻抗比，Z
damp
为RC阻尼网络复阻抗，L
arm
‑
b
为基波电感，A为预设固定数值；
[0029]基波阻抗比约束条件用于确定阻尼电容和阻尼电阻的参数。
[0030]在一实施例中，当RC阻尼网络单元为一阶RC阻尼网络电路时，RC阻尼网络复阻抗为：
[0031][0032]其中，C
d
为阻尼电容，R
d
为阻尼电阻，n为RC阻尼网络电路阶数；
[0033]当RC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MMC换流器的桥臂电抗单元，其特征在于，包括：电抗电路、RC阻尼网络电路，其中，电抗电路的第一端与MMC换流器的一相上桥臂单元或下桥臂单元连接，其第二端与换流变压器阀侧母线连接；RC阻尼网络电路的第一端及第二端分别与所述电抗电路的第三端连接、第二端对应连接；桥臂电抗单元用于基于预设换流器控制方法、电感分配系数约束条件、谐波阻抗约束条件、基波阻抗比约束条件，确定其元器件参数，使得目标频段下的MMC换流器的交流侧等效谐波阻抗实部为正值，呈正阻尼特性。2.根据权利要求1所述的MMC换流器的桥臂电抗单元，其特征在于，所述电抗电路包括：谐波电感、基波电感，其中，所述谐波电感与基波电感串联连接后的两端分别与一相上桥臂单元或下桥臂单元、换流变压器阀侧母线对应连接。3.根据权利要求2所述的MMC换流器的桥臂电抗单元，其特征在于，基于电感分配系数、桥臂总电感确定谐波电感参数、基波电感参数。4.根据权利要求2所述的MMC换流器的桥臂电抗单元，其特征在于，所述RC阻尼网络电路由至少一个RC阻尼网络单元构成，其中，每个RC阻尼网络单元均包括：阻尼电容、阻尼电阻，其中，当RC阻尼网络电路由一个RC阻尼网络单元构成时，阻尼电容与阻尼电阻串联连接后的两端分别与谐波电感与基波电感串联连接后的连接点、一相上桥臂单元或下桥臂单元连接；当RC阻尼网络电路由至少两个RC阻尼网络单元构成时，多个阻尼电容串联连接后的第一端与谐波电感与基波电感串联连接后的连接点连接，多个阻尼电容串联连接后的第二端通过一个阻尼电阻与一相上桥臂单元或下桥臂单元连接，多个阻尼电容串联连接后的连接点均通过一个阻尼电阻与一相上桥臂单元或下桥臂单元连接。5.根据权利要求4所述的MMC换流器的桥臂电抗单元，其特征在于，所述电感分配系数约束条件为：其中，α为电感分配系数，k
vh
为MMC换流器输出电压的最大谐波含量，f
h
为考虑的MMC换流器输出电压谐波频率下限，I
h
‑
lim
为MMC换流器允许的桥臂谐波电流有效值上限。6.根据权利要求4所述的MMC换流器的桥臂电抗单元，其特征在于，所述谐波阻抗约束条件为：Re[Z
MMC
(s)|
s＝j2πf
]>0其中，Z
MMC
为MMC换流器交流侧等效谐波阻抗，f为目标谐波频率。7.根据权利要求6所述的MMC换流器的桥臂电抗单元，其特征在于，所述谐波阻抗由所述预设换流器控制方法的多个传递函数、谐波电感、基波电感、阻尼电阻、阻尼电容、换流变压器等效漏感确定。8.根据权利要求7所述的MMC换流器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：季柯，李修一，阳岳希，杨杰，胡应宏，赵媛，孙同越，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：