[发明专利]模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模和计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模和计算方法，属于电力系统柔性输配电和电力电子技术领域。

背景技术

随着电力电子器件及其控制理论与技术的快速发展，模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)作为一种新型、技术先进的电压源换流器，以其优越的模块化设计、良好的扩展性等优势，近年来在直流输电领域得到越来越广泛的实际应用。

模块化多电平换流器每个桥臂由几十甚至数百个子模块组成，由于每个桥臂上的子模块是串联关系，所以当桥臂内的某个单个子模块的电容电压发生波动时，可能会导致整个桥臂中所有子模块的电容电压发散，进而导致继电保护装置误跳闸的后果，影响到正常输配电。为了能够有效缓解上述问题，在每个子模块内均设置有一个均压电阻，如图1所示，子模块内部电容、均压电阻和恒功率负载P_con为并联关系。子模块均压电阻作为子模块内部重要器件，在换流器运行时对桥臂内部子模块之间的均压起关键作用，如何设计选定子模块均压电阻阻值，使之完全满足换流器桥臂内部子模块均压要求，同时又具有经济性，是模块化多电平换流器子模块设计中的一个重要工作。

如果模块化多电平换流器子模块均压电阻设计不合理，当单个子模块电容电压发生波动时，桥臂内部子模块电容电压不一致，也会导致整个桥臂中所有子模块电容电压发散，直至电压较低的子模块掉电导致系统跳闸停运，给输配电带来较大的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值计算方法，用以解决模块化多电平换流器子模块均压电阻设计不合理可能带来的系统跳闸停运的问题。本发明同时提供一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法，包括以下步骤：

1)、假定其中一个子模块的电容电压出现波动，由U_c变为ΔU_c，ΔU_c＝U_c+A×U_c，其中，A为电容电压的不一致系数；

2)、当所述子模块因电容波动造成其输入阻抗与其他子模块输入阻抗不一致时，计算该子模块的电容电压U′_c，并计算电压变化率ΔA，

3)、设定所述不一致系数等于所述电压变化率，即A＝ΔA，计算A的值A₁；

4)、将所述A₁代入到U_c+A₁×U_c≥X中，得出均压电阻的阻值的取值范围，X为一设定阈值。

所述步骤1)中，当所述子模块的电容电压为U_c时，其子模块输入阻抗R_in的计算公式如下：

其中，R_ave为该子模块的均压电阻的阻值，P_con为子模块恒功率负载功率；

当所述子模块的电容电压为ΔU_c时，对应的子模块输入阻抗R′_in的计算公式如下：

由于电容电压差异造成的子模块输入阻抗的变化率B的计算公式如下：

所述步骤2)中，所述电容电压U′_c的计算公式如下：

所述电压变化率ΔA的计算公式如下：

其中，N为桥臂子模块个数。

所述步骤3)中，当A＝ΔA时，计算得到的A₁为：

所述步骤4)中，所述设定阈值为U_low，将所述A₁的值代入到以下公式：

U_c+A₁×U_c≥U_low，

得出均压电阻R_ave的取值范围：

其中，U_low为子模块恒功率负载工作电压范围的下限值。

一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值计算方法，利用计算均压电阻的阻值；

其中，R_ave为所述均压电阻的阻值，P_con为子模块恒功率负载功率，U_c为子模块的电容电压，U_low为一设定值，N为桥臂子模块个数。