[发明专利]模块化多电平换流器桥臂中子模块数量的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器桥臂中子模块数量的计算方法，尤其是涉及柔性直流输电系统中直流线路电压和交流电网电压不匹配时的模块化多电平换流器桥臂中子模块数量的计算方法，属于直流输电技术领域。

背景技术

出于可持续发展需要，利用以太阳能、风能等可再生能源发电已成为未来电力系统的发展方向。这些发电方式具有远离主电网、随时间波动较大等特点。柔性直流输电系统基于电压源换流器（VSC）和脉冲宽度调制技术（PWM）将直流电压逆变为幅值和相位都可控的交流电压，并可以独立快速控制所传输的有功功率和无功功率，极大地增强了输电的灵活性，成为实现可再生能源发电与主电网之间的稳定联结的最有潜质的电力传输方式。由于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）具有公共直流端，且有易拓展、有功无功可解耦控制、谐波特性优秀、开关器件损耗小等特点，十分适用于柔性直流输电系统。

模块化多电平换流器每相由上下两个桥臂构成，三相共包含6个相同的桥臂，在每个桥臂中含有N个级联的相同的子模块。已有的计算模块化多电平换流器桥臂中子模数量的方法通常只考虑模块化多电平换流器直流侧额定电压U_d和子模块额定电压U_c之间的关系，并不考虑换流器交流侧电压的大小。例如如果K=U_d/U_c，采用现有方法计算时模块化多电平换流器桥臂中的子模块级联数量N通常被设计为N＝K。柔性直流输电系统的直流电压通常根据所传输的容量和直流电缆水平确定。换流器的直流侧额定电压可能会与交流电网电压不匹配。如果将模块化多电平换流器直接接入交流电网，模块化多电平换流器将工作在较低调制比的运行工况下。在模块化多电平换流器运行于调制比较低的情况时，这N个子模块并不会得到充分利用，使模块化多电平换流器桥臂中子模块利用率较低，造成成本的升高。现有方法的解决方法是在电压等级较低的交流电网侧接入一个升压变压器，将交流电压升至能与直流电压相匹配的等级。但是这种方案中变压器带来较大的占地需求和成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种模块化多电平换流器桥臂中子模块数量的计算方法，在计算桥臂中子模块数量时，既考虑模块化多电平换流器的直流侧额定电压的因素，也考虑交流电网的线电压大小的因素，以降低设备成本。

本发明提出的模块化多电平换流器桥臂中子模块数量的计算方法，包括以下步骤：

（1）设交流电网的线电压有效值为U_ac，根据输电线路传输容量，确定模块化多电平换流器的直流侧额定电压为U_d，并根据模块化多电平换流器所用的开关器件确定模块化多电平换流器中各子模块的额定电压为U_c；

（2）根据上述直流侧额定电压U_d和子模块额定电压U_c，计算模块化多电平换流器的上桥臂和下桥臂的子模块投入数量之和为K：K＝U_d/U_c；

（3）根据上述子模块额定电压U_c、交流电网的线电压有效值U_ac以及上述步骤（2）得到的子模块投入数量之和K，计算得到模块化多电平换流器中各桥臂的子模块级联数量N，N=2Uac3Uc+K2.]]>

本发明提出的模块化多电平换流器桥臂中子模块数量的计算方法，可以在交流电网电压相对于模块化多电平换流器的直流侧额定电压较低时，使换流器直接接入较低电压等级交流电网，并减小模块化多电平换流器桥臂中子模块数量。这样一方面可以通过减小子模块数量降低换流器的成本，另一方面也可以避免交流变压器带来的占地和成本问题。

附图说明

图1是模块化多电平换流器的结构示意图。

图2是利用本发明方法设计的模块化多电平换流器的使用状态图。

具体实施方式