一种桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法及系统包括，获取历史电力系统柔性直流输电过程中的电压以及电流参数信息，结合包含桥臂复用MMC切换开关的缓冲电路充放电过程中的电压与电流参数信息，建立缓冲电阻值第一约束以及缓冲电阻值第二约束；获取包含桥臂复用MMC切换开关的缓冲电路充放电过程中的损耗参数，建立缓冲电阻值第三约束；结合第一约束、第二约束以及第三约束，确定桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻取值。为后续缓冲电路设计选型提供理论依据。计选型提供理论依据。计选型提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算
，尤其涉及一种桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法及系统。

技术介绍

[0002]常规模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)模块集成度高，子模块结构简单，采用半/全桥子模块级联的结构，提升了交流输出电平数和等效开关频率，减小了交流谐波和直流侧纹波，并且可以独立调节有功和无功的传输，在直流输电、可再生能源的发电并网等方面有着广阔的应用前景。
[0003]但常规MMC型换流站子模块数量较多、成本高、占地面积大，电容器作为MMC的重要组成部分，投资成本和重量体积在换流站中占比较大，大量子模块电容串联的结构使得MMC降容程度有限。有学者提出桥臂复用型MMC结构，通过配置复用桥臂，使得每个相关单元的子模块个数减少25％，子模块利用率提高至66.7％，有效的实现了换流器轻型化。
[0004]桥臂复用MMC包含九个桥臂以及六个切换开关，各桥臂子模块个数较常规MMC要少，实现常规MMC相同的功能需要六个切换开关动作实现复用桥臂的复用模式切换，为了降低成本和体积，切换开关采用IGCT串联构成，而IGCT串联运行时，因其个体的参数差异和外围电路参数不一致等原因会造成各串联IGCT器件上出现分压不均衡的现象。其中，当IGCT处于导通和关断状态时，虽然电力电子串联阀组中各IGCT器件两端的电压基本保持稳定，但是串联IGCT器件的不同伏安特性及温度变化会引起静态不均压；当IGCT处于开通和关断瞬态时，IGCT自身参数的差异以及外围电路参数不一致也会导致串联阀组中各IGCT器件两端的电压急剧变化。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术提供了一种桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法及系统，能够解决
技术介绍
中提到的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法，包括：
[0009]获取历史电力系统柔性直流输电过程中的电压以及电流参数信息，结合包含桥臂复用MMC切换开关的缓冲电路充放电过程中的电压与电流参数信息，建立缓冲电阻值第一约束以及缓冲电阻值第二约束；
[0010]获取包含桥臂复用MMC切换开关的缓冲电路充放电过程中的损耗参数，建立缓冲电阻值第三约束；
[0011]结合所述第一约束、第二约束以及第三约束，确定桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻取值。
[0012]作为本专利技术所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法的一种优选方案，其中：所述缓冲电阻值第一约束包括，
[0013]当IGCT在开断过程会出现暂态过电压，桥臂复用MMC的切换开关互补导通，且开关器件同向，对切换开关的切换过程进行分析，将工况分为四种，分别为工况一模式、工况二模式、工况三模式以及工况四模式；
[0014]当工况一模式和工况四模式切换之前，电流流过二极管，IGCT为零电流、零电压开断，不产生过电压，因此不考虑此种工况；
[0015]当工况二模式和工况三模式切换时，电路中的IGCT均需要带电流开断，正常工况下IGCT拉断电流产生暂态过电压，但桥臂复用MMC拓扑中IGCT开断过程中存在续流二极管，所述续流二极管限制IGCT拉断电流，因此在切换开关切换过程中，IGCT开断过程产生的暂态过电压忽略不计。
[0016]作为本专利技术所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法的一种优选方案，其中：所述缓冲电阻值第一约束还包括，
[0017]稳态运行时桥臂复用MMC系统切换开关承受的最大电压为复用桥臂端电压，当切换开关承受最大电压时进行动作，若切换开关需要关断并拉断电流时，一个IGCT先动作，其他IGCT动作依次延时t1μs，此时先动作的IGCT将承受最大电压，且缓冲电容被充电，限制IGCT端电压上升，IGCT端电压最大不大于IGCT的额定电压U
IGCT
，则认定单个IGCT缓冲回路被最大电压充电时，四倍的t1μs内充电电压不超过U
IGCT
；
[0018]建立等效电路，并获取对应等效电路微分方程，计算得到缓冲电阻值取值范围为：
[0019][0020]其中，C
s
为缓冲电容，R
s
为缓冲电阻，t1为IGCT动作依次延时时间，U
IGCT
为IGCT的额定电压U
IGCT
，U0为等效电路的电源电压值。
[0021]作为本专利技术所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法的一种优选方案，其中：所述缓冲电阻值第二约束包括，
[0022]当在复用桥臂开始投入子模块过程放电时，此时放电电流与复用桥臂电流叠加增大桥臂电流，该过程中，切换开关电流反向时缓冲电路开始放电，此时系统已完成模式切换，且复用桥臂已开始投入子模块，而IGCT电流暂时为零，考虑缓冲电路放电电流不会影响系统保护定值的整定，且不会增大开关器件的电流应力；
[0023]考虑缓冲电流放电电流最大值不超过复用桥臂电流峰值，结合缓冲电路开始放电时刻电压为复用桥臂端口最大电压，则有：
[0024][0025]其中，R
s
为缓冲电阻，N为半桥子模块个数，I
fy
为复用桥臂电流峰值，U
sm
为复用桥臂端口最大电压。
[0026]作为本专利技术所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法的一种优选方案，其
中：所述缓冲电阻值第二约束还包括，
[0027]当在复用桥臂所有子模块被切除过程放电时，系统运行至模式切换的状态后，复用桥臂所有子模块被切除，端口电压降为零，此时左侧切换开关的缓冲电路开始通过右侧切换开关的二极管进行放电，切换开关完成模式切换后，左侧IGCT导通，此时左侧缓冲电路放电电流可能存在部分电流流过左侧IGCT；
[0028]为避免干扰，预设两种限制条件，第一限制条件为保证放电初始时刻初始电流叠加系统电流不超上下桥臂电流峰值，表示如下：
[0029][0030]其中，I
arm
为上下桥臂电流峰值；
[0031]第二限制条件为缓冲电路需在复用桥臂子模块全部被切除阶段放电完成，表示如下：
[0032][0033]其中，f为调制波的频率。
[0034]作为本专利技术所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法的一种优选方案，其中：所述缓冲电阻值第三约束包括，
[0035]缓冲电路损耗主要包括缓冲电阻损耗和缓冲电容损耗，根据桥臂复用MMC切换开关的运行原理，IGCT开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法，其特征在于：包括，获取历史电力系统柔性直流输电过程中的电压以及电流参数信息，结合包含桥臂复用MMC切换开关的缓冲电路充放电过程中的电压与电流参数信息，建立缓冲电阻值第一约束以及缓冲电阻值第二约束；获取包含桥臂复用MMC切换开关的缓冲电路充放电过程中的损耗参数，建立缓冲电阻值第三约束；结合所述第一约束、第二约束以及第三约束，确定桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻取值。2.如权利要求1所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法，其特征在于：所述缓冲电阻值第一约束包括，当IGCT在开断过程会出现暂态过电压，桥臂复用MMC的切换开关互补导通，且开关器件同向，对切换开关的切换过程进行分析，将工况分为四种，分别为工况一模式、工况二模式、工况三模式以及工况四模式；当工况一模式和工况四模式切换之前，电流流过二极管，IGCT为零电流、零电压开断，不产生过电压，因此不考虑此种工况；当工况二模式和工况三模式切换时，电路中的IGCT均需要带电流开断，正常工况下IGCT拉断电流产生暂态过电压，但桥臂复用MMC拓扑中IGCT开断过程中存在续流二极管，所述续流二极管限制IGCT拉断电流，因此在切换开关切换过程中，IGCT开断过程产生的暂态过电压忽略不计。3.如权利要求2所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法，其特征在于：所述缓冲电阻值第一约束还包括，稳态运行时桥臂复用MMC系统切换开关承受的最大电压为复用桥臂端电压，当切换开关承受最大电压时进行动作，若切换开关需要关断并拉断电流时，一个IGCT先动作，其他IGCT动作依次延时t1μs，此时先动作的IGCT将承受最大电压，且缓冲电容被充电，限制IGCT端电压上升，IGCT端电压最大不大于IGCT的额定电压U
IGCT
，则认定单个IGCT缓冲回路被最大电压充电时，四倍的t1μs内充电电压不超过U
IGCT
；建立等效电路，并获取对应等效电路微分方程，计算得到缓冲电阻值取值范围为：其中，C
s
为缓冲电容，R
s
为缓冲电阻，t1为IGCT动作依次延时时间，U
IGCT
为IGCT的额定电压U
IGCT
，U0为等效电路的电源电压值。4.如权利要求3所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲电阻计算方法，其特征在于：所述缓冲电阻值第二约束包括，当在复用桥臂开始投入子模块过程放电时，此时放电电流与复用桥臂电流叠加增大桥臂电流，该过程中，切换开关电流反向时缓冲电路开始放电，此时系统已完成模式切换，且复用桥臂已开始投入子模块，而IGCT电流暂时为零，考虑缓冲电路放电电流不会影响系统保护定值的整定，且不会增大开关器件的电流应力；考虑缓冲电流放电电流最大值不超过复用桥臂电流峰值，结合缓冲电路开始放电时刻
电压为复用桥臂端口最大电压，则有：其中，R
s
为缓冲电阻，N为半桥子模块个数，I
fy
为复用桥臂电流峰值，U
sm
为复用桥臂端口最大电压。5.如权利要求4所述的桥臂复用MMC切换开关缓冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉韬，谈竹奎，陈敦辉，冯起辉，吕黔苏，林呈辉，齐雪雯，李少帅，高吉普，李鑫卓，张后谊，熊楠，代奇迹，高源，张缘圆，行登江，刘宗胜，张振兴，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：