[發(fā)明專利]一種模塊化多電平換流器的子模塊冗余配置方法及系統(tǒng)

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• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111211675A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許彬;李景波;寧志彥;王高勇;周軍川
• 申請（專利權(quán)）人: 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 張琳琳

本發(fā)明公開了一種模塊化多電平換流器的子模塊冗余配置方法及系統(tǒng)，該方法包括：確定模塊化多電平換流器中的故障子模塊個(gè)數(shù)；基于故障子模塊個(gè)數(shù)計(jì)算得到模塊化多電平換流器的子模塊的電容參考電壓；獲取模塊化多電平換流器的上橋臂的目標(biāo)輸出電壓和下橋臂的目標(biāo)輸出電壓；利用電容參考電壓和上橋臂的目標(biāo)輸出電壓確定出上橋臂投入的子模塊個(gè)數(shù)，利用電容參考電壓和下橋臂的目標(biāo)輸出電壓確定出下橋臂投入的子模塊個(gè)數(shù)。本發(fā)明通過增大電容電壓的方式來保留最大電壓輸出能力，進(jìn)而使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)了故障穿越能力；使得換流閥的損耗降低，并且使冗余模塊得到充分的利用，降低了輸出電壓諧波含量，優(yōu)化了模塊化多電平換流器運(yùn)行性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸電領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化多電平換流器的子模塊冗余配置方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)具有模塊化程度高、開關(guān)頻率低、諧波含量少、有功無功功率靈活獨(dú)立控制等優(yōu)點(diǎn)，在中高壓直流輸電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是構(gòu)建未來電網(wǎng)、輸送清潔能源的重要技術(shù)方案。

高壓大容量MMC單個(gè)橋臂包含上百個(gè)功率子模塊，橋臂輸出電壓由每個(gè)子模塊輸出電壓疊加而成，為保證MMC在子模塊故障時(shí)無間斷運(yùn)行，提高運(yùn)行可靠性，工程中均配置冗余子模塊，一旦有子模塊出現(xiàn)故障，旁路開關(guān)動(dòng)作將其切除，然后投入冗余模塊代替故障模塊運(yùn)行。現(xiàn)有的高壓大容量MMC工程中，均配置了6％～15％不等的冗余子模塊，用于發(fā)生子模塊旁路故障后使MMC能正常運(yùn)行，現(xiàn)階段工程的子模塊冗余配置方法均采用：無故障期間，冗余模塊僅參與電容均壓投切，而不增加系統(tǒng)的最大輸出電平數(shù)；出現(xiàn)子模塊故障時(shí)，冗余模塊才會(huì)代替故障模塊參與最大電平構(gòu)建，因此冗余模塊并未得到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種模塊化多電平換流器的子模塊冗余配置方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中由于系統(tǒng)總輸入功率大于其輸出功率，引起容性設(shè)備過壓損壞及冗余模塊并未得到充分利用的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種模塊化多電平換流器的子模塊冗余配置方法，包括如下步驟：確定所述模塊化多電平換流器中的故障子模塊個(gè)數(shù)；基于所述故障子模塊個(gè)數(shù)計(jì)算得到所述模塊化多電平換流器的子模塊的電容參考電壓；獲取所述模塊化多電平換流器的上橋臂的目標(biāo)輸出電壓和下橋臂的目標(biāo)輸出電壓；利用所述電容參考電壓和所述上橋臂的目標(biāo)輸出電壓確定出所述上橋臂投入的子模塊個(gè)數(shù)，利用所述電容參考電壓和所述下橋臂的目標(biāo)輸出電壓確定出所述下橋臂投入的子模塊個(gè)數(shù)。

在一實(shí)施例中，所述獲取所述模塊化多電平換流器的上橋臂的目標(biāo)輸出電壓和下橋臂的目標(biāo)輸出電壓，包括如下步驟：獲取所述模塊化多電平換流器的直流端電壓和交流端電壓；利用所述直流端電壓和所述交流端電壓計(jì)算得到所述上橋臂的目標(biāo)輸出電壓和所述下橋臂的目標(biāo)輸出電壓。

在一實(shí)施例中，通過以下公式計(jì)算所述上橋臂的目標(biāo)輸出電壓和所述下橋臂的目標(biāo)輸出電壓：

其中，u_pa(t)表示所述上橋臂的目標(biāo)輸出電壓，u_na(t)表示所述下橋臂的目標(biāo)輸出電壓，U_dc表示所述直流端電壓，u_sa(t)表示所述交流端電壓。

在一實(shí)施例中，所述基于所述故障子模塊個(gè)數(shù)計(jì)算得到所述模塊化多電平換流器的子模塊的電容參考電壓，包括如下步驟：獲取投入的常規(guī)子模塊個(gè)數(shù)、冗余子模塊總個(gè)數(shù)，其中，所述常規(guī)子模塊個(gè)數(shù)為無故障情況下正常投入使用子模塊的數(shù)量，所述冗余子模塊總個(gè)數(shù)為預(yù)先設(shè)置的所有冗余子模塊的數(shù)量；利用所述常規(guī)子模塊個(gè)數(shù)、冗余子模塊總個(gè)數(shù)及故障子模塊個(gè)數(shù)計(jì)算得到所述電容參考電壓。

在一實(shí)施例中，通過以下公式計(jì)算子模塊電容參考電壓：