一種mmc橋臂電抗器電感值的選取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MMC橋臂電抗器電感值的選取 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器（modularmultilevelconverter，MMC)采用子模塊級(jí)聯(lián)形 式，避免大量開關(guān)器件直接串聯(lián)，具有良好的電壓輸出特性，且不存在動(dòng)態(tài)均壓等問題，非 常適用于高壓直流輸電場(chǎng)合。
[0003] 在2010年和2011年的兩次國(guó)際電力電子會(huì)議上，德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)的 學(xué)者R.Marquardt進(jìn)一步提出廣義MMC的概念，以子模塊為基本單元，根據(jù)內(nèi)部構(gòu)造不同 將子模塊分為三種基本類型：半橋子模塊（halfbridgesub-module，HBSM)、全橋子模塊 (fullbridgesub-module，F(xiàn)BSM)和箝位雙子模塊（clampdoublesub-module，CDSM)。
[0004] MMC主回路參數(shù)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，合理的主回路參數(shù)可以有 效改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，降低系統(tǒng)的初始投資及運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能指 標(biāo)。MMC橋臂電抗器的電感值是主回路參數(shù)設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)參數(shù)。關(guān)于橋臂電抗器 的設(shè)計(jì)，目前有很多文獻(xiàn)進(jìn)行了研究，但考慮的角度主要是通過選取合理的橋臂電抗值以 抑制相環(huán)流的大小，僅有少數(shù)文獻(xiàn)討論了環(huán)流諧振問題，但沒有給出橋臂電抗值的設(shè)計(jì)原 則。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種MMC橋臂電抗器電感值 的選取方法，其選取結(jié)果經(jīng)濟(jì)合理、使用范圍廣，在工程中具有非常強(qiáng)的參考意義與使用價(jià) 值。
[0006] -種MMC橋臂電抗器電感值的選取方法，包括如下步驟：
[0007] 首先，構(gòu)建MMC相單元的等效電路，所述的相單元由對(duì)應(yīng)相上下兩個(gè)橋臂組成；進(jìn) 而根據(jù)所述的等效電路建立相單元串聯(lián)諧振角頻率與MMC橋臂電抗器電感值的關(guān)系式；
[0008] 然后，計(jì)算確定MMC的環(huán)流諧振角頻率，根據(jù)所述相單元串聯(lián)諧振角頻率必須避 開環(huán)流諧振角頻率的原則，通過仿真確定出相單元串聯(lián)諧振角頻率的給定區(qū)間；
[0009] 最后，根據(jù)實(shí)際工程需求，在該給定區(qū)間內(nèi)選定出相單元串聯(lián)諧振角頻率的給定 值，進(jìn)而根據(jù)該給定值通過相單元串聯(lián)諧振角頻率與MMC橋臂電抗器電感值的關(guān)系式計(jì)算 確定出所述MMC橋臂電抗器的電感值。
[0010] 所述MMC相單元的等效電路為由一等效電感和一等效電容串聯(lián)組成的LC諧振電 路，其中等效電感值與等效電容值的表達(dá)式如下：
[0012] 其中：Uq和Ceq分別為相單元等效電路中的等效電感值和等效電容值，L。為MMC橋 臂電抗器的電感值，C。為MMC子模塊電容值，N為MMC每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)。
[0013] 所述的相單元串聯(lián)諧振角頻率與MMC橋臂電抗器電感值的關(guān)系式如下：
[0015] 其中：為相單元串聯(lián)諧振角頻率，L。為MMC橋臂電抗器的電感值，C。為MMC子 模塊電容值，N為MMC每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)。
[0016] 根據(jù)以下公式計(jì)算確定MMC的環(huán)流諧振角頻率：
[0018] 其中：為MMC的環(huán)流諧振角頻率，《。為電網(wǎng)的額定運(yùn)行角頻率，m為MMC的 調(diào)制比。
[0019] 所述相單元串聯(lián)諧振角頻率的給定區(qū)間如下：
[0020] 〇< ores< 1. 55〇0
[0021] 其中：為相單元串聯(lián)諧振角頻率，《。為電網(wǎng)的額定運(yùn)行角頻率。
[0022] 根據(jù)相單元串聯(lián)諧振角頻率的給定值通過以下公式計(jì)算確定MMC橋臂電抗器的 電感值：
[0024] 其中：.6^為相單元串聯(lián)諧振角頻率的給定值，L。為MMC橋臂電抗器的電感值，C。 為MMC子模塊電容值，N為MMC每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)。
[0025] 所述MMC子模塊電容值C。的計(jì)算表達(dá)式如下：
[0027] 其中：H。為等容量放電時(shí)間常數(shù)的給定值，Ud。為MMC的直流母線電壓，SvN為MMC 的額定容量。
[0028] 優(yōu)選地，所述等容量放電時(shí)間常數(shù)的給定值H。的給定區(qū)間為35~45ms;該區(qū)間內(nèi) 子模塊電容電壓的波動(dòng)率較優(yōu)。
[0029] 本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：
[0030] (1)基于本發(fā)明方法所選取的橋臂電抗器電感值能夠避免發(fā)生環(huán)流諧振，增強(qiáng)系 統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0031] (2)本發(fā)明的通用性強(qiáng)，適用于不同容量、不同電壓等級(jí)的MMC系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0032] 圖I(a)為MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖I(b)為MMC半橋子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不意圖。
[0034] 圖2為MMC相環(huán)流二倍頻分量幅值隨橋臂電感變化的曲線示意圖。
[0035] 圖3為MMC相單元的等效電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案 進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0037] 圖I(a)為模塊化多電平換流器拓?fù)涫疽鈭D。一個(gè)換流器有6個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂有 N個(gè)子模塊（SM)，每一相的上下兩個(gè)橋臂合在一起稱為一個(gè)相單元。交流側(cè)中性點(diǎn)用0'表 示，直流側(cè)中性點(diǎn)用〇表示。電阻Rc用來等效整個(gè)橋臂的損耗，L。為橋臂電抗器。同一橋 臂所有子模塊構(gòu)成的橋臂電壓為Uq(r=p、n，分別表示上下橋臂；j=a、b、c，表示abc三 相），流過橋臂的電流為L(zhǎng)。Ud。為直流電壓，Id。為直流線路電流。usj為交流系統(tǒng)j相等值 電勢(shì)，La。為換流器交流出口va、vb、vc到交流系統(tǒng)等值電勢(shì)之間的等效電感（包含系統(tǒng)等 效電感和變壓器漏電感）。MMC交流出口處輸出電壓和輸出電流分別為Uvj和ivj。uEpn為點(diǎn) Epa和點(diǎn)Ena之間的電位差。所考慮的MMC子模塊結(jié)構(gòu)如圖I(b)所示，T:和T2代表IGBT，D丄 和D2代表反并聯(lián)二極管，C。代表子模塊的直流側(cè)電容器；u。為電容器的電壓，usm為子模塊 兩端的電壓，isni為流入子模塊的電流。
[0038] 首先來了解一下環(huán)流諧振是一種什么現(xiàn)象。在Pvipu= 0、QViPU= 1工況下，基于表 1的測(cè)試系統(tǒng)，保持交流系統(tǒng)等效電感La。為24mH和子模塊電容C。為666yF不變，改變橋 臂電感L。，利用MMC的解析模型計(jì)算a相環(huán)流i_a。由于此種工況下Id。= 0,a相環(huán)流的主 要成分是二倍頻分量。圖2給出了L。與a相環(huán)流二倍頻分量幅值I^之間的關(guān)系曲線。由 圖2可以看出，當(dāng)L。= 29mH時(shí)，I^將趨于無窮大。我們稱這種情況為發(fā)生了（二倍頻） 環(huán)流諧振現(xiàn)象。
[0039] 表 1
[0040]