[發明專利]混合型模塊化多電平換流器子模塊電容電壓波動抑制方法

有效

• 申請號: 201710574721.7
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107404245B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 趙聰;李耀華;王平;李子欣;高范強;王哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種混合型模塊化多電平換流器子模塊電容電壓波動抑制方法。所述的波動抑制方法根據換流器的調制比、功率因數以及橋臂參考電壓負電平部分最大值的絕對值與橋臂最大電壓的比值，生成需要注入環流參考值的幅值。當換流器作為整流器運行時，A、B、C三相所注入環流參考值的相位分別為90°，210°和?30°；當換流器作為逆變器運行時，A、B、C三相所注入環流參考值的相位分別為?90°，30°和?210°。通過閉環調節器，產生對應的參考電壓，對混合型模塊化多電平換流器子模塊電容電壓的波動進行抑制。

技術領域

本發明涉及一種混合型模塊化多電平換流器子模塊電容電壓波動的抑制方法。

背景技術

基于電壓源型換流器的柔性高壓直流輸電(voltage sourced converter highvoltage direct current,VSC-HVDC)技術因具有更高的靈活性和可控性而獲得快速發展。模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)以其良好的諧波特性和高可靠性極大地促進了柔性高壓直流輸電技術的發展。

在架空線直流輸電領域，傳統的由半橋子模塊構成的MMC在直流短路故障發生時不具備故障自清除能力，其應用受到很大限制。雖然，由全橋子模塊構成的MMC在直流短路故障發生時具備故障自清除能力，但換流器的造價與損耗也會因此而上升。為了兼顧換流器的損耗與成本，同時具備直流短路故障自清除能力，相關文獻提出由半橋子模塊和全橋子模塊構成的混合型MMC，其簡化電路拓撲如圖1所示。

應用于柔性高壓直流輸電的MMC的每個橋臂含有大量級聯的子模塊，每個子模塊均含有一個電容。在MMC穩態運行過程中，由于橋臂電流對子模塊電容的充放電作用使得所有子模塊電容電壓均處于波動狀態，因此，MMC的子模塊電容需達到一定的值才能滿足其波動范圍的要求，典型的波動范圍不超過±10％。例如，中國云南電網與南方電網主網±350kV/1000MW魯西背靠背直流異步聯網工程中，由于換流器功率較大，廣西側換流閥單個子模塊的質量超過了200kg，其中子模塊電容為12mF，質量超過了100kg，占子模塊質量的50％左右。過大的子模塊質量給工程的實施與調試增加了很大難度。

為了解決這一問題，相關文獻與專利也提出了關于MMC子模塊電容電壓波動抑制方法。在《中國電機工程學報》2016年第36卷第7期1892-1889頁刊登的《模塊化多電平變流器模塊電壓紋波抑制策略及應用》提出了一種利用特定環流注入來抑制子模塊電容電壓波動的方法。但該方法主要適用于橋臂參考電壓始終為正的半橋型MMC，未考慮混合型MMC全橋子模塊能夠輸出負電壓的工況，而且該方法會使橋臂電流的有效值顯著增加，開關器件的電流應力隨之增大，增加了換流器的運行風險。

中國專利CN 103701350 A和CN 103001519 A分別提出在MMC的參考電壓中注入高頻零序電壓和環流中注入高頻電流分量的方法，實現MMC在低頻條件下運行時子模塊電容電壓的波動抑制。該方法主要針對半橋型MMC，同樣也未考慮混合型MMC全橋子模塊能夠輸出負電壓的工況，且注入高頻零序電壓和高頻電流均會增加開關器件的開關頻率，在一定程度上增加MMC的損耗。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提出一種混合型模塊化多電平換流器子模塊電容電壓波動抑制方法。本發明基于環流注入方法，既可以實現混合型模塊化多電平換流器子模塊電容電壓波動抑制，又不會顯著增加橋臂電流有效值。

本發明提出的混合型模塊化多電平換流器子模塊電容電壓波動抑制方法包含以下步驟：

(1)計算需要注入的環流參考值的幅值；

實時測量混合型模塊化多電平換流器交流相電流的幅值I_oj，根據換流器運行的有功功率與無功功率計算功率因數角的正弦值，所注入的環流參考值幅值的表達式如下：