[發明專利]一種柔性直流輸電系統電壓等級優化設計方法

有效

• 申請號: 201710113132.9
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106712072B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 榮飛;王亞洲;饒宏;黃守道;周保榮;付雪婷
• 申請（專利權）人: 湖南大學;南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 楊萍

1.一種柔性直流輸電系統電壓等級優化設計方法，所述的柔性直流輸電系統采用MMC換流閥，MMC換流閥采用三相六橋臂拓撲結構，每相包括上、下兩個橋臂，每個橋臂由N個SM子模塊和一個電感L串聯而成，上、下橋臂的連接點引出相線；三條相線接入公共電網；其特征在于，柔性直流輸電系統電壓等級優化方法為：首先，將決定MMC換流閥通態損耗和開關損耗的橋臂電流轉化為只含電壓等級變量U_dc的表達式；其次，根據橋臂電流得出通態損耗的瞬時表達式，再結合橋臂電流的投切動作順序，對通態損耗的瞬時表達式進行分段積分，得出通態損耗；然后，將所有模塊的開關損耗在一個工頻周期內進行求和，得出開關損耗；最后，由通態損耗和開關損耗計算換流閥的總損耗，對總損耗求導，得出損耗最低時的輸電電壓，該電壓即為優化設計后的電壓等級。

2.根據權利要求1所述的柔性直流輸電系統電壓等級優化設計方法，所述通態損耗計算公式為：

上式中，N＝round(U_dc/U_SM)，U_dc為直流輸電電壓，U_SM為SM子模塊的額定電壓；T為工頻周期，n為a相上橋臂在t時刻需要導通的SM子模塊的個數，i_pa(t)為t時刻a相上橋臂的電流，x₀，x₁和x₂為i_pa(t)過零點的時刻，P_{T_con}(i_pa(t))為IGBT通態損耗，P_{D_con}(i_pa(t))為二極管通態損耗；各參數計算方法如下：

上式中，m為調制比，為柔性直流輸電系統輸電功率的功率因素角，ω為電網電壓基波角頻率，S為柔性直流輸電系統輸電功率額定值，U_F0為二極管門檻電阻，r_f為二極管通態電阻；U_CE0為IGBT的擎柱電壓，r_CE為IGBT通態電阻。

3.根據權利要求2所述的柔性直流輸電系統電壓等級優化設計方法，所述開關損耗包括(1)必要開關損耗P_sw1和(2)附加開關損耗P_addloss；

(1)必要開關損耗P_sw1的計算公式為：

其中，E_off(i_pa(t_x))為IGBT在t_x時刻的關斷損耗，E_rec(i_pa(t_x))為二極管在t_x時刻的反向恢復損耗，E_on(i_pa(t_x))為IGBT在t_x時刻的開通損耗；E_off(i_pa(t'_x))為IGBT在t'_x時刻的關斷損耗，E_rec(i_pa(t'_x))為二極管在t'_x時刻的反向恢復損耗，E_on(i_pa(t'_x))為IGBT在t'_x時刻的開通損耗；各參數計算方法如下：

上式中，U_CE為IGBT和二極管導通或者關斷時所承受的實際電壓，U_SM為SM子模塊電容額定電壓；U_{CE_ref}為IGBT生產廠家給出的數據手冊中在測量單次開關損耗時的集電極—發射極電壓值；a₁，b₁和c₁是IGBT開通損耗的擬合系數；a₂，b₂和c₂是IGBT關斷損耗的擬合系數；a₃，b₃和c₃是二極管反向恢復損耗的擬合系數；a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂、a₃、b₃和c₃可從IGBT生產廠家的給出的數據手冊中得到；

(2)附加開關損耗P_addloss的計算公式為：

上式中，T_s為控制周期，k為從1到T/T_s之間的自然數，P_addloss(k)滿足下式：

其中，E_on(i_pa(kT_s))為IGBT在kT_s時刻的開通損耗，E_off(i_pa(kT_s))為IGBT在kT_s時刻的關斷損耗，E_rec(i_pa(kT_s))為二極管在kT_s時刻的反向恢復損耗；

l(k)為上橋臂在第k個控制周期時應導通的子模塊個數，需滿足下式：