[发明专利]全桥型模块化多电平变流器子模块电容电压波动抑制方法

说明书

一种全桥型模块化多电平变流器单相：A相、B相或C相对地短路故障条件下子模块电容电压波动抑制方法。在全桥型模块化多电平变流器电网侧出现单相对地短路故障时，所述的子模块电容电压波动抑制方法通过降低全桥型模块化多电平变流器直流侧电压使之运行于调制比为1.67的工况下，从而实现全桥型模块化多电平变流器子模块电容电压波动抑制。

技术领域

本发明涉及一种全桥型模块化多电平变流器子模块电容电压波动抑制方法。

背景技术

相比于传统的基于电网换相换流器的高压直流输电技术，基于电压源型换流器的柔性高压直流输电技术不存在换相失败风险、有功功率和无功功率可独立解耦控制以及具备黑启动能力，因而具有较高的经济性和灵活性。模块化多电平变流器以其谐波特性好、效率高及可靠性高等优点，又为柔性高压直流输电技术的发展注入了新的活力，因此，基于模块化多电平变流器的高压直流输电系统获得了较广泛的应用。

在架空线直流输电领域，传统的由半桥子模块构成的模块化多电平变流器因不具备直流短路电流抑制能力，应用受到很大限制。而由全桥子模块构成的全桥型模块化多电平变流器不仅具备直流短路故障自清除能力，而且能够在直流短路故障期间为交流电网提供无功功率，支撑电网电压。此外，全桥型模块化多电平变流器易于实现直流电压翻转，适用于由电网换相换流器和模块化多电平变流器构成的混合高压直流输电系统。

另外，应用于柔性高压直流输电系统的模块化多电平变流器的每个桥臂均含有大量的子模块，每个子模块包含一个直流电容。在实际运行过程中，所有子模块电容电压波动不宜过大，一般纹波系数不宜超过±10％，因此，模块化多电平变流器的子模块电容需达到较大的值才能满足其波动范围要求。以中国云南电网与南方电网主网±350kV/1000MW鲁西背靠背直流异步联网工程为例，广西侧换流阀单个子模块的质量超过了200kg，其中子模块电容为12mF，质量超过100kg，其体积与质量分别占单个子模块的60％和50％以上。子模块体积与质量过大给工程实施与调试带来了很大难度。

为了解决这一问题，相关文献提出了关于降低全桥型模块化多电平变流器子模块电容的方法。刊登在《IEEE Transactions on Power Electronics》2018年第 33卷第1期97-109页的《Optimized Design of Full-Bridge Modular Multilevel Converter WithLow Energy Storage Requirements for HVdc Transmission System》和刊登在《IEEETransactions on Industrial Electronics》2018年第65卷第3期 1919-1930页的《Improved Design and Control of FBSM MMC With Boosted AC Voltage and ReducedDC Capacitance》分析指出，当全桥型模块化多电平变流器工作于调制比为1.414时，其子模块电容电压的基频波动成分得到大幅度抑制，从而可以大幅度减小其子模块电容值。但现有文献主要分析稳态工况下全桥型模块化多电平变流器子模块电容电压波动特性，对于电网侧出现故障的情况鲜有分析。

中国专利CN 103701350 A和CN 103701350 B分别提出在模块化多电平变流器的桥臂参考电压中注入高频零序电压和桥臂电流中注入高频环流分量的方法，实现模块化多电平变流器在低频条件下运行时子模块电容电压的波动抑制。该方法主要针对运行于低频情况的半桥型模块化多电平变流器，而且注入高频零序电压与高频环流均会增加半导体开关器件开关频率，从而增加模块化多电平变流器损耗。但现有专利对如何降低电网侧出现故障时全桥型模块化多电平变流器子模块电容电压波动鲜有涉及。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种全桥型模块化多电平变流器子模块电容电压波动抑制方法。本发明的波动抑制方法既能够实现全桥型模块化多电平变流器单相对地短路故障条件下子模块电容电压波动抑制，又不会增加半导体开关器件损耗。