[发明专利]一种柔性直流输电系统电压等级优化设计方法

说明书

本发明公开了一种柔性直流输电系统电压等级优化设计方法，首先将决定MMC换流阀通态损耗和开关损耗的桥臂电流转化为只含电压等级变量U_dc的表达式；其次根据桥臂电流得出通态损耗的瞬时表达式，再结合桥臂电流的投切动作顺序，对通态损耗的瞬时表达式进行分段积分，得出通态损耗计算公式；然后将所有模块的开关损耗在一个工频周期内进行求和，得出开关损耗表达式；最后对总损耗求导，得出损耗最低时的输电电压，该电压即为优化设计后的电压等级。本发明确定了损耗最低时的电压等级，可以减少系统损耗，为电网电压等级的确定提供参考标准。

技术领域

本发明专利属于柔性直流输电领域，特别涉及一种柔性直流输电系统电压等级优化设计方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，模块化多电平换流器(MMC)极大地促进了高压直流输电技术的发展。2001年首次被提出之后，MMC凭借其高品质的输出波形以及较低的功率损耗，在学术界和工业界广泛地引起了研究者的兴趣，其拓扑结构、数学建模、协调控制、故障保护等方面已经被研究得较为透彻。作为电压源型换流器(VSC)的一种，MMC在兼具VSC所有优势的同时，还具有器件一致触发动态均压要求低、扩展性好、开关频率低以及运行损耗低等诸多优势。目前，基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC—HVDC)系统已被广泛应用于风电、太阳能等新能源并网的场合，已有上海南汇直流输电示范工程、浙江舟山多端柔性直流输电示范工程、广东南澳多端柔性直流输电示范工程等投入运行或正在建设中。MMC—HVDC也可以应用于改善城市配电的场合，如位于旧金山的Transbay Cable工程、辽宁大连跨海柔性直流输电重大科技示范工程等。对于海岛供电等特殊应用场合，MMC—HVDC也有其独特的优势。可以预见，在未来电力系统的构成中，MMC—HVDC将会成为其必不可少的成分。

模块化多电平换流器(MMC)中不同类型的损耗随输出电压等级的变化趋势是不同的，因此需要确定一种使得系统总损耗最最低的输出电压等级。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，提出了一种柔性直流输电电压等级优化设计方法，推导了换流阀各种损耗的解析表达式，通过对换流阀总损耗表达式求导，得出了换流阀损耗最低时的电压等级。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种柔性直流输电系统电压等级优化设计方法，所述的柔性直流输电系统采用MMC换流阀，MMC换流阀采用三相六桥臂拓扑结构，每相包括上、下两个桥臂，每个桥臂由N个SM子模块SM₁～SM_N和一个电感L串联而成，上、下桥臂的连接点引出相线；三条相线接入公共电网；

柔性直流输电系统电压等级优化方法为：首先，将决定MMC换流阀通态损耗和开关损耗的桥臂电流转化为只含电压等级变量U_dc的表达式；其次，根据桥臂电流得出通态损耗的瞬时表达式，再结合桥臂电流的投切动作顺序，对通态损耗的瞬时表达式进行分段积分，得出通态损耗；然后，将所有模块的开关损耗在一个工频周期内进行求和，得出开关损耗；最后，由通态损耗和开关损耗计算换流阀的总损耗，对总损耗求导，得出损耗最低时的输电电压，该电压即为优化设计后的电压等级。

进一步地，所述通态损耗P_cond的计算公式为：