[发明专利]一种模块化多电平换流器子模块电容需求优化方法及系统

说明书

本公开提供了一种模块化多电平换流器子模块电容需求优化方法及系统，包括：根据模块化多电平换流器的传输功率，得到直流信号；根据所述直流信号和预设的功率控制模型，得到优化后的信号；其中，在预设的功率控制模型中，通过所述直流信号降低输出功率控制时的电容电压；本公开可以在不增加桥臂电流的情况下减小电容电压波动进而降低子模块电容值的需求；通过向功率控制系统注入特定的直流信号来降低电容电压；并且根据MMC的传输功率从所提出的附加控制器输出特定的直流信号；在实现过程中，本方法通过引入一个优化模型，来保证MMC的安全稳定运行，并获得最佳电容容量需求减小效果。

技术领域

本公开属于交直流变换器参数优化技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器子模块电容需求优化方法及系统。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有谐波性能优良、模块化结构、开关损耗小、无需半导体直接串联等优点；凭借这些优势，它已成为高压直流输电中最常见的电压源换流器类型，并且在全尺度风电变流器、电能质量改善、大功率变换器和电力传输等应用中也被认为是具有竞争力的拓扑结构；但是，在MMC工作中，桥臂电流流过子模块电容时会引起电容电压的波动；为了将电容器电压限制在可接受的范围内，通常需要大容量的子模块电容器；因此，子模块电容器几乎占据了子模块中50％以上的重量和成本；为了降低其重量和项目成本需要降低MMC的电容容量需求；对于上述问题，降低子模块电容容量需求而使用更小的电容器被认为是一种较为理想的解决方案。

本公开发明人发现，现有的降低子模块电容容量需求方法中，存在以下缺陷：循环电流的注入会导致功率损耗和电流应力的增加；修改主电路拓扑结构和添加半导体不仅会增加功率损耗，还会增加项目成本和设计复杂性。这些问题已成为限制电容需求降低方法在实际应用的瓶颈，尤其是在高压直流输电领域。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种模块化多电平换流器子模块电容需求优化方法及系统，本公开可以在不增加桥臂电流的情况下减小电容电压波动进而降低子模块电容值的需求。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本公开提供了一种模块化多电平换流器子模块电容需求优化方法，包括：

根据模块化多电平换流器的传输功率，得到直流信号；

根据所述直流信号和预设的功率控制模型，得到优化后的信号；

其中，在预设的功率控制模型中，通过所述直流信号降低输出功率控制时的电容电压。

进一步的，输出功率控制包括：通过第一调节调制信号的基波分量来控制模块化多电平换流器的输出功率以及通过第二调节调制信号的二次谐波分量，将环流抑制为零。

进一步的，所述调制信号为绝缘栅门极晶体管触发信号。

进一步的，直流信号获取包括：

根据功率情况计算电容电压的允许最小值；

将电容电压的允许最小值与测量值之间的误差除以额定电容电压进行标幺化，并通过比例积分得到所需的直流信号；

添加一个常数值作为补偿，以跟踪电容电压的允许最小值。

进一步的，根据功率情况计算电容电压的允许最小值包括：

获取视在功率和功率因数角；

确定优化模型及其约束；

根据视在功率、功率因数角和优化模型的约束，得到当前循环下调制信号即时值电容平均电压即时值和调制信号直流分量即时值的数值；