适用于模块化多电平换流器的直流电抗器参数设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统柔性输配电技术领域，具体涉及一种适用于模块化多电平换 流器的直流电抗器参数设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于模块 化多电平换流器的柔性直流输电技术日益受到重视。直流电抗器是模块化多电平换流站系 统中的重要设备之一，其参数直接影响系统的故障电流抑制能力。直流电抗器参数的设计 主要考虑两个方面的因素：
[0003] -是桥臂子模块对故障电流终值的承受能力限制。最严酷的工况是系统发生直流 双极短路故障，此时桥臂电流急速上升，考虑直流极线短路故障时，如果系统闭锁之前桥臂 故障电流未达到子模块能够承受的电流终值，则不需要直流电抗器来限制故障电流上升速 率；如果系统闭锁之前桥臂故障电流已经达到子模块能够承受的电流终值，此时需要设计 直流电抗器来抑制故障电流上升率，以保障系统的安全。
[0004] 二是直流电抗器与桥臂电抗器的优化配置。直流电抗器越大，系统时间常数越大， 暂态响应时间越长，同时增加了建造成本，因此，在满足桥臂电抗器的设计条件以及对故障 电流的限值条件的情况下，应尽可能的降低直流电抗器的电感值。
[0005] 现有技术中通过故障电流上升率抑制条件、直流动态响应速度条件确定直流电抗 器电感取值的上下限值，但该方法忽略了交流馈入故障点对故障电流的影响，计算结果存 在较大误差。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是解决上述问题，提供了一种适用于模块化多电平换流器的直流 电抗器参数设计方法，该方法通过桥臂所能承受的最大故障电流限值条件来设计直流电抗 器的参数，同时考虑了交流馈入、电容放电对故障电流的影响，并最终计算得到了直流电抗 器值。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案，包括：
[0008] -种适用于模块化多电平换流器的直流电抗器参数设计方法，包括：
[0009] (1)根据换流阀参数确定桥臂允许的最大瞬时电流值Ilini;
[0010] (2)计算发生直流极线短路故障时，换流站闭锁前的桥臂电流最大值Ifault;
[0011] (3)将桥臂允许的最大瞬时电流值Ilin和系统闭锁前的桥臂电流最大值I fault进行 比较，如果IliniMfault，则不设置直流电抗器；如果I lini〈Ifault，则计算直流电抗器电感的下限 值Llini，并作为直流电抗器电感的最终设计值。
[0012] 所述步骤（1)中桥臂允许的最大瞬时电流值Ilini根据换流阀中各元器件的电流限 制参数来设定。
[0013] 所述步骤⑵中，系统闭锁前桥臂电流最大值Ifault的计算方法为：
[0014] 发生直流极线短路故障后，桥臂故障电流由两部分组成：一部分为子模块电容放 电电流，一部分为交流系统馈入产生的电流；
[0015] 直流极线短路故障时支路等效电感Uq等于桥臂电抗器电感值L
[0016] 分别计算子模块电容放电电流上升率和交流系统馈入产生的电流上升率，根据上 述电流上升率与桥臂过流保护时间整定值T pra，得到系统闭锁前桥臂电流最大值Ifault。
[0017] 所述子模块电容放电电流上升率的确定方法为：
[0018]
[0019] 其中，Uq为回路等效电感此q为回路等效电阻；Csni为子模块电容；N为桥臂子模块 数；T。为电容放电周期；U d。为直流母线电压。
[0020] 所述交流系统馈入产生的电流上升率的确定方法为：
[0021]
[0022] 其中，1]3为换流阀侧交流相电压峰值；L。为变压器短路阻抗。
[0023] 系统闭锁前桥臂电流最大值Ifault具体为：
[0024]
[0025] 其中，Ipro为桥臂过流保护整定值；U s为换流阀侧交流相电压峰值；U d。为直流母线 电压山_为桥臂电抗器电感值；L。为变压器短路阻抗值；Tpra为桥臂过流保护时间整定值。
[0026] 所述步骤⑶中计算直流电抗器电感的下限值Llini的方法具体为：
[0027]
[0028] 其中，Ipro为桥臂过流保护整定值，U s为换流阀侧交流相电压峰值；U d。为直流母线 电压山_为桥臂电抗器电感值；L。为变压器短路阻抗；Tpra为桥臂过流保护时间整定值。
[0029] 直流电抗器电感取值的下限值Llini具体为：
[0030] Llin= max (Ldcl, Ldc2)； CN 105138799 A 仇叱卞> 3/5 页
[0031]
[0032] Lmi为桥臂电抗器值；L。为变压器短路阻抗，I pro为桥臂过流保护整定值，I faul^ 系统闭锁前桥臂电流最大值，Us为换流阀侧交流相电压峰值；U d。为直流母线电压，T pro为桥 臂过流保护时间整定值。
[0033] 本发明有益效果：
[0034] 本发明直流电抗器参数设计方法通过桥臂所能承受的最大故障电流限值条件来 设计直流电抗器电感值，考虑了交流馈入、电容放电对故障电流的影响，计算方法简单，同 时计算结果表达式中不含电容参数，消除了电容参数误差对直流电抗器参数计算的影响， 结果更加准确。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明提供的直流电抗器参数设计过程流程图；
[0036] 图2是本发明提供的电容放电等效回路；
[0037] 图3是本发明提供的交流馈入故障电流等效回路。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0039] 本发明所述直流电抗器设计方法设计流程框图如图1所示。
[0040] 首先要根据换流阀参数得到桥臂允许的最大瞬时电流值Ilini。在换流阀的设计过 程中，需要对主回路器件进行选型，桥臂允许流过的最大瞬时电流值受开关器件、电容等元 件的限值，通过查阅相关元件的数据手册或者咨询厂家即可得到桥臂允许流过的最大瞬时 电流值I lin。
[0041] 其次是计算发生直流极线短路故障时，系统闭锁前的桥臂电流最大值Ifault。
[0042] 由于加入直流电抗器之后会造成系统暂态调节时间变长，且增加换流站的建造成 本，因此需要对加入直流电抗器的必要性进行验证。本发明选择直流极线短路故障时，系统 闭锁前的桥臂最大电流值1^^与I 1ιηι相比较，来确定是否需要设计直流电抗器。
[0043] 发生直流极线短路故障后，桥臂故障电流由两部分组成，一部分为子模块电容放 电电流，一部分为交流系统馈入产生的电流。短时间内可以认为二者为线性变化，则其变化 率可以计算为：