[发明专利]一种MMC阀稳态运行试验装置辅助阀电容器的参数设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及MMC阀的参数设计方法，具体涉及一种MMC阀稳态运行试验装置辅助阀电容器的参数设计方法。

背景技术

技术介绍：

柔性直流输电（VSC-HVDC）技术在高压直流输电领域中有着广泛的应用前景，基于模块化多电平换流器（MMC）的VSC-HVDC，是实现利用IGBT阀进行直流输电的一种方式，其核心部件称作MMC阀。

MMC阀稳态运行试验的目的在于考察阀组件对于长期实际运行工况下的电流、电压和温度等关键应力的耐受能力，这也是换流器运行可靠性研究的重要组成部分。所考察的关键应力当中，电压应力和电流应力并非单一的交流变量或者直流量，而是相对复杂的交、直流相互叠加的复合变量。稳态运行试验装置能够灵活的模拟这种电压和电流应力，这些应力通过两组MMC阀之间的能量交换产生。两组MMC阀分别指辅助阀和试品阀，其电气结构如图1所示。

辅助阀通过投入和切除子模块的数量来调节输出电压，根据试验的要求，辅助阀要证输出电压的稳定，就要确保每个子模块的电压稳定在一个范围内，而子模块在投入时，其电压等于电容器上电压。在特定的试验条件下，电容电压的波动范围与电容值大小有直接的关系。电容值越小，电压波动范围就越大，这样会威胁子模块中IGBT安全；电容值越大，电压波动范围越小，但相应投资也越高。因此根据试验条件，合理设计辅助阀子模块电容器，对于设备的安全性和经济性都有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种MMC阀稳态运行试验装置辅助阀电容器的参数设计方法，用于MMC阀稳态运行试验装置中辅助阀电容器的容值、额定电压、额定电流的设计方法，通过本方法可以给出经济、合理的电容器参数。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种MMC阀稳态运行试验装置辅助阀电容器的参数设计方法，所述辅助阀电容器的参数设计方法用的试验装置为稳态运行试验装置，包括辅助阀、试品阀、负载电抗器、补能电源和充电电源；所述辅助阀包括子模块，子模块包括电容器，其改进之处在于，所述补能电源通过平波电抗器与辅助阀连接；所述负载电抗器连接在辅助阀和试品阀之间；所述辅助阀、试品阀和充电电源依次并联；所述电容器采用自愈式金属化膜直流电容器；

所述辅助阀电容器的参数设计方法包括下述步骤：

A、确定在一个工频周期内辅助阀的充电能量；

B、确定在给定电容器直流电压波动率下辅助阀的充电能量；

C、确定在所述电容器的直流电压波动范围内该电容器的电容值；

D、确定所述电容器的额定电压；

E、确定所述电容器的额定电流。

其中，所述子模块包括并联的半桥结构与电容器；半桥结构包括旁路开关、两个IBGT模块、电阻和晶闸管；旁路开关、晶闸管和其中一个IGBT模块依次并联；两个IGBT模块串联后形成IGBT模块串联支路，电阻与IGBT模块串联支路并联；每个IGBT模块包括IGBT器件以及与其反并联的二极管。

其中，所述步骤A中，在一个工频周期内辅助阀的充电能量ΔW用下式表示：

ΔW=2·k·Pdω0[1-(1k)2]32]]>①；

式中：P_d为直流传输的有功功率；I_ac和I_dc分别是回路电流的交流分量有效值和直流分量；ω₀为工频角频率。

其中，所述步骤B中，若所述充电能量ΔW引起的直流电压波动为±ε，则充电能量ΔW用下式表示：