影响子模块均压的主要 因素，对此主要因素进一步测试与建模，得到此影响因素的数学模型。确定所在MMC系统中 串联子模块的额定电压，根据标准IEC62501和中国南方电网公司对柔性直流输电功率子模 块静态均压的电压要求，确定串联子模块在静态均压阶段的均压目标初值，结合柔性直流 输电系统的实际设计要求和影响子模块静态均压主要因素的测试数据，确定子模块静态均 压时的串联子模块间的电压差值，利用所得到的数学模型和电压差值进行均压电阻的计 算，最终确定均压电阻的最优设计值，静态均压电阻的合理设计，使得柔性直流输电系统在 最初的充电完成到系统解锁正常工作之前所有的子模块可W正常工作，避免了由于电压不 均衡的原因造成供电装置不能正常工作，最终造成系统不能正常解锁运行的结果，采用此 静态均压电阻的设计方法，能够有效提高系统运行的可靠性，使系统的运行更加稳定。
[0062] 下面结合柔性直流输电系统的实际案例对本发明作更详细的说明。实例内容如 下：
[0063] 柔性直流输电系统交流侧电压为35kV，直流侧电压为±35kV，每个桥臂有40个子 模块，每个功率模块额定电压为1.75kV，采用3.3kV，IkA的IGBT，模块拓扑结构为半桥结构， 如图3所示。
[0064] 本发明基于柔性直流输电系统的MMC拓扑串联子模块静态均压电阻的设计方法， 步骤如下：
[0065] 步骤1: W两个子模块串联进行分析，如图2所示，Cl = C2瓜=R2，当匪C系统充电完 成后，我们可W得到W下公式推导：
[0066] Ic1 = Ic2;Uc1 = Uc2
[0067] 由于从图2可知，
（KCL)因此有W下公式成立
[006引 Idi = Id2
[0069] Icl和Ic2是电容的平均充电电流;Ucl和Uc2是电容电压；Idl和Id2是供电装置的输入 电流。供电装置的主要作用是给子模块的控制电路和驱动电路供电，然而，由于供电装置自 身和所带负载之间的器件固有差异，随着时间的积累，在充电完成后的一段时间里会出现 Icl辛Ig2,此时可W得到W下推论：
[0070] Ic广Idi辛Ic2-Id2
[0071]
[0072] Uci 辛Uc2
[0073] 当出现化1辛Uc2时，串联的子模块开始出现不均压，因而确定各个子模块供电装置 自身及所带负载之间器件的固有差异是造成模块不均压的主要原因。
[0074] 步骤2:对供电装置的输入电压和输入电流进行测试，测试数据如下：
[0075]
[0076] 步骤3:采用数据分析软件对步骤2中的供电装置的输入电压和输入电流数据进行 数据分析和数据拟合建模，得到如图4所示曲线及供电装置输入特性的函数，该函数如下：
[0077] I = f(U) = 18.02U-°'98 已 9
[0078] 步骤4:根据标准IEC62501及中国南方电网公司相关要求，确定串联子模块均压目 标值为0.2UN及串联子模块的均压偏差值Δυ。根据所举例柔性直流系统及子模块相关参 数，可得到串联子模块均压目标值如下：
[0079] U'=0.2Un=0.2X1750 = 350V
[0080] 假设工程设计所要求的均压偏差值如下：
[0081 ] Δυ=Δ 化= 50V
[0082] 步骤5:根据柔性直流输电系统不控整流充电阶段运行工况及电容电压波动控制 量ε不超过电容正常工作实际电压的5%的要求，可得到串联子模块均压目标值如下：
[0083] If =0.7Un=0.7X1750 = 12^V
[0084] 确定模块间的均压偏差值如下：
[0085] Δυ= AU2 = 0.7X1750X0.05X2=122.5V
[0086] 步骤6:如图2所示，假设串联子模块电压达到平衡，此时有1。1 = 1。2，。1 =。2，根据 步骤3可W得到Idl = f(Ucl)，Id2 = f(Uc2)，由于子模块之间为串联关系，同时考虑供电装置及 其所带负载之间的差异性可知，当串联子模块总电压不变时，若化1增大，则Uc2减小。结合步 骤4可知：当化1 = U ' + Δ化，则Uc2 = U ' - Δ化，对串联子模块之间的电压电流关系进行分析可 得W下公式
[0087] Uc1 = 0.2Un+AUi = 400V
[0088] Uc2 = 0.2Un-AUi = 300V
[0089] Idi = f(Uci)=0.049A
[0090] Id2 = f(Uc2)=0.065A
[0091] 则：
[0092]
[0093] 结合步骤5可知：当Uci = If + Δ化，则Uc2 = If - Δ化，对串联子模块之间的电压电流 关系进行分析可得W下公式
[0094] Uc1 = 0.7Un+AU2=1347.5V
[0095] Uc2 = 0.7Un-AU2=11〇2.5V
[0096] Idi = f(Uci)=0.0148A
[0097] Id2 = f(Uc2)=0.0181A [009引贝 Ij:
[0099]
[0100] 因此均压电阻选择范围为
[0101] R"1 < R<R"2
[0102] -般选
[0103] R=min(Rmi，Rm2)=6.2^Q
[0104] 本发明提供了一种基于柔性直流输电系统的MMC拓扑串联子模块静态均压电阻的 设计方法，根据系统运行工况及实际设计要求，能够准确的得到子模块静态均压电阻阻值， 通过供电装置输入特性的函数I = f(U)的确定，确保了在不同均压偏差值Δυ下，能够快速 准确的计算出所要设计的均压电阻的阻值，从而实现柔性直流输电系统的静态均压，保证 柔性直流输电系统在正常解锁工作之前任何一个子模块的控制和驱动装置处于激活状态， 能够指导工程设计人员更加精确和有效的进行子模块及柔性直流输电系统的研发制造，从 而确保所研发子模块及柔性直流输电系统能够W更稳定的状态运行。
【主权项】
1. 柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1:对带负载后的供电装置进行测量得到输入电压U和输入电流I; 步骤2:对供电装置的输入电压和输入电流进行数据分析建模，得到关于供电装置输入 特性的函数： I = f(U) (1); 步骤3:确定串联子模块均压目标值为Uo;确定串联子模块的均压偏差值△ U; 步骤4:得到串联子模块的静态均压电阻的计算公式：2. 根据权利要求1所述的柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特 征在于，步骤3中，均压目标值Uo包括串联子模块的第一均压目标值IT和第二均压目标值 U"，均压偏差值△ U包括串联子模块的最大均压偏差值△山和任意两个串联子模块的均压 偏差值A U2,其中：IT是根据IEC62501标准确定的;U〃是根据柔性直流输电系统不控整流充 电阶段的运行工况确定的，A U2是根据电容电压波动控制量ε的要求确定的； 当Uo = U'时，AU= AU1，此时步骤4中的R = Rml;当Uo = If时，AU= AU2,此时步骤4中的 R = Rm2 ;静态均压电阻取值范围为Rml~Rm2。3. 根据权利要求2所述的柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特 征在于，静态均压电阻取Rml和Rm2的最小值。4. 根据权利要求2所述的柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特 征在于，第一均压目标值U'=kUN，k为系数，Un为串联子模块正常工作时的额定电压。5. 根据权利要求2所述的柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特 征在于，第二均压目标值IT=IuUn,Iu为不控整流的电压系数。6. 根据权利要求2所述的柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特 征在于，任意两个串联子模块的均压偏差值Δυ 2 = 2ε?Γ。7. 根据权利要求1所述的柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，其特 征在于，步骤4中，先假设两个串联子模块电压达到平衡，此时有： Icl-Ic2，Idl - Id2 (3); 根据公式(1)和公式(3)得到： Idl = f(Ucl) ,Id2 = f (Uc2) (4); 当串联子模块总电压不变时，若Ud增大，则1]。2减小;结合步骤3得到： 当 Ucl = Uo+AU (5), MUc2 = Uo-AU (6)； 对串联子模块之间的电压电流关系进行分析可得以下公式(7):其中，WPIc2分别是两个串联子模块的充电电流，Ucl和Uc2分别是两个串联子模块的电 容电压，IdjPId2分别是两个子模块的供电装置输入电流，并对公式(7)进行变换，得到公式 ⑵。
【专利摘要】本发明涉及柔性直流输电系统串联子模块静态均压电阻设计方法，先对带负载后的供电装置进行测量得到输入电压U和输入电流I；后对供电装置的输入电压和输入电流进行数据分析建模，得到关于供电装置输入特性的函数：I＝f(U)；确定串联子模块的均压目标值为U0和均压偏差值ΔU；得到串联子模块的静态均压电阻的计算公式：本发明能够快速准确的计算出所要设计的均压电阻的阻值，使得柔性直流输电系统在最初的充电完成到系统解锁正常工作之前所有的子模块可以正常工作，能够有效提高系统运行的可靠性，使系统的运行更加稳定。
【IPC分类】H02M7/483
【公开号】CN105490573
【申请号】CN201610041701
【发明人】雒龙飞, 张彦斌, 贾立新
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月21日