特高压模块化多电平柔性直流输电运行区间优化设计方法与流程

本发明涉及高压直流输电换流器控制策略领域，特别涉及一种用于换流器运行区间优化控制方法，尤指一种特高压模块化多电平柔性直流输电运行区间优化设计方法。

背景技术：

将柔性直流输电系统应用于用于架空线可大幅降低建设成本并增加线路传输容量，然而对于mmc而言，实际运行时子模块电容电压呈现低频周期性波动，受制于子模块igbt器件的电压关断能力，子模块电容电压的波动幅值需在规定范围内，而子模块电容电压与系统功率运行点直接相关，系统功率运行区间将因此受到限制。增大子模块电容值可以降低其电压波动幅值，但子模块制造成本及换流器占地也随之增加。因此，如何在现有设备的条件下，优化或扩大系统的功率运行区间具有十分重要的意义。

目前，用于换流器运行区间优化控制方法的主要方法是通过增大换流器子模块电容值或改变桥臂电抗值实现，但仍存在以下几点问题有待于进一步解决，包括：

1)增大换流器内部元件参数势必会增大元件本身的体积，进而增大换流站的建设面积。

2)在换流器内部对其结构以及元件进行改造，工程复杂且投资较高，同时换流器原有性能将发生改变。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种特高压模块化多电平柔性直流输电运行区间优化设计方法，解决了现有技术存在的上述问题。通过本发明方法对换流器运行区间优化结果可靠性强；本发明简单易实现，施加优化控制后换流器子模块电容电压波动得到很好地抑制，功率运行区间得到显著提升。并且本发明方法具有适用性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

特高压模块化多电平柔性直流输电运行区间优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：通过电流互感器测量得到换流器上下桥臂电流，求平均值得到故障后因桥臂相间环流产生的电流误差；

步骤2：将电流误差进行积分得到因桥臂相间环流产生的环流压降；

步骤3：将直流电压、换流器内部相电动势与环流压降进行运算得到上、下桥臂电压参考值并参与调制。

步骤1所述的故障后因桥臂相间环流产生的电流误差按如下公式计算：

其中，ipj、inj分别为通过电流互感器测量的换流器上、下桥臂电流。

步骤2所述的因桥臂相间环流产生的环流压降按照如下公式计算：

其中，l为换流器桥臂电抗。

步骤3所述的上桥臂电压参考值按照如下公式计算：

其中，udc为直流电压，ej为换流器内部相电动势。

本发明的有益效果在于：通过电流互感器测量得到换流器上下桥臂电流，求平均值得到因桥臂相间环流产生的电流误差；将电流误差进行积分得到因桥臂相间环流产生的环流压降；将直流电压、换流器内部相电动势与环流压降进行运算得到上、下桥臂电压参考值并参与调制。可以达到如下有益技术效果：

(1)无需对换流器内部元件进行改造，无需改变系统参数，保证了换流器原有的性能；

(2)在原有设备的基础上优化了换流器功率运行区间，保证了原有的建设占地面积和较低的投资成本。

(3)不仅对换流器功率运行区间进行了优化，同时降低了子模块电容电压波动，抑制了桥臂环流。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的用于换流器运行区间优化控制方法流程图；

图2为本发明的优化控制结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1及图2所示，通过本发明方法对换流器运行区间优化结果可靠性强；在任何工况条件下均能够使用本发明方法。本发明的特高压模块化多电平柔性直流输电运行区间优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：通过电流互感器测量得到换流器上下桥臂电流，求平均值得到故障后因桥臂相间环流产生的电流误差；

步骤2：将电流误差进行积分得到因桥臂相间环流产生的环流压降；

步骤3：将直流电压、换流器内部相电动势与环流压降进行运算得到上、下桥臂电压参考值并参与调制。

步骤1所述的故障后因桥臂相间环流产生的电流误差按如下公式计算：

其中，ipj、inj分别为通过电流互感器测量的换流器上、下桥臂电流。

步骤2所述的因桥臂相间环流产生的环流压降按照如下公式计算：

其中，l为换流器桥臂电抗。

步骤3所述的桥臂电压参考值，以上桥臂为例，按照如下公式计算：

其中，udc为直流电压，ej为换流器内部相电动势。

实施例：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

现有用于换流器运行区间优化控制的主要方法主要采用增大换流器子模块电容值或改变桥臂电抗值的方法，然而在换流器内部对元件进行改造，增大其参数势必会增大元件本身的体积，进而增大换流站的建设面积，工程复杂且投资较高，同时换流器原有性能将发生改变。所以必须保证换流器原有的性能不发生改变，并对其运行区间进行优化。如果可以提出一种在现有设备的条件下进行优化控制的方法，有效地优化换流器的运行区间，则能够解决上述现有技术存在的问题。基于此，本发明提出一种用于换流器运行区间优化控制的方法。

参见图1及图2所示，为本发明的特高压模块化多电平柔性直流输电运行区间优化设计方法，包括如下步骤：

步骤101：通过电流互感器测量得到换流器上下桥臂电流，求平均值得到因桥臂相间环流产生的电流误差；

步骤102：将电流误差进行积分得到因桥臂相间环流产生的环流压降；

步骤103：将直流电压、换流器内部相电动势与环流压降进行运算得到上、下桥臂电压参考值并参与调制。

具体实施时，步骤101的可以采取如下方法进行，通过电流互感器测量得到换流器上下桥臂电流，求平均值得到因桥臂相间环流产生的电流误差；

其中，udc为直流侧电压，us为交流测相电压，l为桥臂电抗，ldc为限流电抗，lσ为交流侧电抗。

具体实施时，步骤102中，交变电流在桥臂电感上会产生压降，根据电感元件的特性方程可得

l为换流器桥臂电抗。

具体实施时，在步骤103中，将直流电压、换流器内部相电动势与环流压降进行运算得到上、下桥臂电压参考值并参与调制，可对换流器运行区间进行优化。桥臂电抗压降计算公式为：

其中，udc为直流电压，ej为换流器内部相电动势。

综上所述，本发明实施例提出的用于换流器运行区间优化控制的方法，无需对换流器内部元件进行改造，无需改变系统参数，保证了换流器原有的性能；在原有设备的基础上优化了换流器功率运行区间，保证了原有的建设占地面积和较低的投资成本。不仅对换流器功率运行区间进行了优化，同时降低了子模块电容电压波动，抑制了桥臂环流。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。