一种mmc桥臂电抗器电感值的选取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子工程技术领域，具体涉及一种MMC桥臂电抗器电感值的选取 方法。
【背景技术】
[0002] 模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter，MMC)采用子模块级联形 式，避免大量开关器件直接串联，具有良好的电压输出特性，且不存在动态均压等问题，非 常适用于高压直流输电场合。
[0003] 在2010年和2011年的两次国际电力电子会议上，德国慕尼黑联邦国防军大学的 学者R.Marquardt进一步提出广义MMC的概念，以子模块为基本单元，根据内部构造不同 将子模块分为三种基本类型：半桥子模块（halfbridgesub-module，HBSM)、全桥子模块 (fullbridgesub-module，FBSM)和箝位双子模块（clampdoublesub-module，CDSM)。
[0004] MMC主回路参数设计是整个系统设计的重要组成部分，合理的主回路参数可以有 效改善系统的动态和稳态性能，降低系统的初始投资及运行成本，提高系统的经济性能指 标。MMC桥臂电抗器的电感值是主回路参数设计中非常重要的一个参数。关于桥臂电抗器 的设计，目前有很多文献进行了研究，但考虑的角度主要是通过选取合理的桥臂电抗值以 抑制相环流的大小，仅有少数文献讨论了环流谐振问题，但没有给出桥臂电抗值的设计原 则。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种MMC桥臂电抗器电感值 的选取方法，其选取结果经济合理、使用范围广，在工程中具有非常强的参考意义与使用价 值。
[0006] -种MMC桥臂电抗器电感值的选取方法，包括如下步骤：
[0007] 首先，构建MMC相单元的等效电路，所述的相单元由对应相上下两个桥臂组成；进 而根据所述的等效电路建立相单元串联谐振角频率与MMC桥臂电抗器电感值的关系式；
[0008] 然后，计算确定MMC的环流谐振角频率，根据所述相单元串联谐振角频率必须避 开环流谐振角频率的原则，通过仿真确定出相单元串联谐振角频率的给定区间；
[0009] 最后，根据实际工程需求，在该给定区间内选定出相单元串联谐振角频率的给定 值，进而根据该给定值通过相单元串联谐振角频率与MMC桥臂电抗器电感值的关系式计算 确定出所述MMC桥臂电抗器的电感值。
[0010] 所述MMC相单元的等效电路为由一等效电感和一等效电容串联组成的LC谐振电 路，其中等效电感值与等效电容值的表达式如下：
[0012] 其中：Uq和Ceq分别为相单元等效电路中的等效电感值和等效电容值，L。为MMC桥 臂电抗器的电感值，C。为MMC子模块电容值，N为MMC每个桥臂的子模块级联个数。
[0013] 所述的相单元串联谐振角频率与MMC桥臂电抗器电感值的关系式如下：
[0015] 其中：为相单元串联谐振角频率，L。为MMC桥臂电抗器的电感值，C。为MMC子 模块电容值，N为MMC每个桥臂的子模块级联个数。
[0016] 根据以下公式计算确定MMC的环流谐振角频率：
[0018] 其中：为MMC的环流谐振角频率，《。为电网的额定运行角频率，m为MMC的 调制比。
[0019] 所述相单元串联谐振角频率的给定区间如下：
[0020] 〇< ores< 1. 55〇0
[0021] 其中：为相单元串联谐振角频率，《。为电网的额定运行角频率。
[0022] 根据相单元串联谐振角频率的给定值通过以下公式计算确定MMC桥臂电抗器的 电感值：
[0024] 其中：.6^为相单元串联谐振角频率的给定值，L。为MMC桥臂电抗器的电感值，C。 为MMC子模块电容值，N为MMC每个桥臂的子模块级联个数。
[0025] 所述MMC子模块电容值C。的计算表达式如下：
[0027] 其中：H。为等容量放电时间常数的给定值，Ud。为MMC的直流母线电压，SvN为MMC 的额定容量。
[0028] 优选地，所述等容量放电时间常数的给定值H。的给定区间为35~45ms;该区间内 子模块电容电压的波动率较优。
[0029] 本发明具有以下有益技术效果：
[0030] (1)基于本发明方法所选取的桥臂电抗器电感值能够避免发生环流谐振，增强系 统运行的稳定性。
[0031] (2)本发明的通用性强，适用于不同容量、不同电压等级的MMC系统。
【附图说明】
[0032] 图I(a)为MMC拓扑结构示意图。
[0033] 图I(b)为MMC半桥子模块拓扑结构不意图。
[0034] 图2为MMC相环流二倍频分量幅值随桥臂电感变化的曲线示意图。
[0035] 图3为MMC相单元的等效电路示意图。
【具体实施方式】
[0036] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明的技术方案 进行详细说明。
[0037] 图I(a)为模块化多电平换流器拓扑示意图。一个换流器有6个桥臂，每个桥臂有 N个子模块（SM)，每一相的上下两个桥臂合在一起称为一个相单元。交流侧中性点用0'表 示，直流侧中性点用〇表示。电阻Rc用来等效整个桥臂的损耗，L。为桥臂电抗器。同一桥 臂所有子模块构成的桥臂电压为Uq(r=p、n，分别表示上下桥臂；j=a、b、c，表示abc三 相），流过桥臂的电流为L。Ud。为直流电压，Id。为直流线路电流。usj为交流系统j相等值 电势，La。为换流器交流出口va、vb、vc到交流系统等值电势之间的等效电感（包含系统等 效电感和变压器漏电感）。MMC交流出口处输出电压和输出电流分别为Uvj和ivj。uEpn为点 Epa和点Ena之间的电位差。所考虑的MMC子模块结构如图I(b)所示，T:和T2代表IGBT，D丄 和D2代表反并联二极管，C。代表子模块的直流侧电容器；u。为电容器的电压，usm为子模块 两端的电压，isni为流入子模块的电流。
[0038] 首先来了解一下环流谐振是一种什么现象。在Pvipu= 0、QViPU= 1工况下，基于表 1的测试系统，保持交流系统等效电感La。为24mH和子模块电容C。为666yF不变，改变桥 臂电感L。，利用MMC的解析模型计算a相环流i_a。由于此种工况下Id。= 0,a相环流的主 要成分是二倍频分量。图2给出了L。与a相环流二倍频分量幅值I^之间的关系曲线。由 图2可以看出，当L。= 29mH时，I^将趋于无穷大。我们称这种情况为发生了（二倍频） 环流谐振现象。
[0039] 表 1
[0040]