技术领域本发明涉及电力系统保护控制领域，特别是涉及一种混合式MMC拓扑子模块数量的配置方法。
背景技术：
近年来，柔性直流输电技术逐渐成为大容量直流输电的发展趋势之一，但是其发展和应用还存在若干问题亟需解决。其中，大容量直流断路器技术尚不成熟，使得利用换流器自身控制实现直流故障清除成为较为理想的方法。目前，具有直流故障自清除能力的子模块主要包括：全桥子模块(fullbridgesub-module，FBSM)、半桥子模块(halfbridgesub-module，HBSM)、钳位双子模块(clampdoublesub-module，CDSM)、串联双子模块(seriesdoublesub-module，SDSM)、二极管钳位型子模块(diode-clampsub-module，DCSM)和增强自阻型子模块(self-blockingsub-module，SBSM)等。然而，各个子模块在交流源阻断能力、经济性以及附加损耗等方面各有利弊。其中半桥子模块经济性最好，但不具备交流源阻断能力；全桥子模块、串联双子模块和增强自阻型子模块故障隔离能力最强，但投资成本较大；钳位双子模块投资成本和附加损耗有所降低，但交流源阻断能力等方面的隔离能力也相应降低。为了降低换流器投资成本，国内外专家学者提出了多种混合式拓扑结构，如图1所示是一种FBSM与HBSM的混合方式。其主要思想在于：将隔离能力较强、但投资成本较高的子模块与隔离能力弱但投资成本较低的子模块混合配置，构造换流器。在保证直流故障隔离能力的前提下，尽可能降低投资成本。然而，目前混合式拓扑结构子模块数量配置尚无明确的计算方法，需综合考虑隔离能力、经济性等因素设计一种子模块数量配置计算方法。
技术实现要素：
针对目前柔性直流系统中子模块拓扑交流源阻断能力、经济性以及附加损耗不能兼顾的问题，本发明提出了一种混合式MMC拓扑子模块数量配置计算方法,综合考虑各类子模块的性能，该方法使得换流器在确保交流源阻断能力的前提下，投资成本和附加损耗最小。本发明提出了一种混合式MMC拓扑子模块数量配置计算方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、定义电压阻断系数K，以直观比较基于各类子模块的MMC交流源阻断能力，如下式表示：K=Uc_nor-UscrUc_nor]]>其中，Uc_nor为正常运行时子模块电容电压平均值，即额定电容电压；Uscr为换流器在发生直流线路故障并闭锁子模块后能够完全阻断交流源馈流的临界子模块电容平均电压；步骤二、计算混合式MMC拓扑内的每个桥臂的一种类型的子模块数量和另一种类型的子模块数量，计算结果满足在所有子模块闭锁后，完全阻断交流源：(1)、当所述混合式MMC由半桥子模块与全桥子模块构成时，使得每个桥臂中半桥子模块数量MH和全桥子模块数量MF满足下式：MH=round[(2-32M1-K)N]MF=round[3M2(1-K)N]]]>(2)、当所述混合式MMC采用半桥子模块和钳位双子模块构成时，使得每个桥臂中半桥子模块数量MH和钳位双子模块数量MC满足下式：MH=round[(2-3M1-K)N]MC=round[3M2(1-K)N]]]>(3)、当所述混合式MMC采用半桥子模块和串联双子模块构成时，使得每个桥臂中半桥子模块数量MH和串联双子模块数量MSDSM满足下式：MH=round[(2-32M1-K)N]MSDSM=round[3M4(1-K)N]]]>(4)、当所述混合式MMC采用半桥子模块和二极管钳位型子模块构成时，使得每个桥臂中半桥子模块数量MH和二极管钳位型子模块数量MD数满足下式：MH=round[(2-3M1-K)N]MD=round(3M1-KN)]]>(5)、当所述混合式MMC采用半桥子模块和增强自阻型子模块构成时，使得每个桥臂中半桥子模块数量MH和增强自阻型子模块数量MSBSM满足下式：MC=round[(2-32M1-K)N]MSBSM=round[(3M1-K-2)N]]]>(6)、当所述混合式MMC采用钳位双子模块和全桥子模块构成时，使得每个桥臂中钳位双子模块数量MC和全桥子模块数量MF满足下式：MC=round[(2-32M1-K)N]MF=round[(3M1-K-2)N]]]>(7)、当所述混合式MMC采用二极管钳位型子模块和串联双子模块构成时，使得每个桥臂中二极管钳位型数量MD和串联双子模块数量MSDSM满足下式：MD=round[(4-3M1-K)N]MSDSM=round[(32M1-K-1)N]]]>(8)、当所述混合式MMC采用二极管钳位型子模块和增强自阻型子模块构成时，使得每个桥臂中二极管钳位型子模块数量MD和增强自阻型子模块数量MSBSM满足下式：MD=round[(4-3M1-K)N]MSBSM=round[(3M1-K-2)N]]]>(9)、当所述混合式MMC采用二极管钳位型子模块和全桥子模块构成时，使得每个桥臂中二极管钳位型子模块数量MD和全桥子模块数量MF满足下式：MD=round[(4-3M1-K)N]MF=round[(3M1-K-2)N]]]>式中，M为调制比，由直流系统中换流器交、直流侧的交流电压和直流电压确定；N由电平数求得；K为电压阻断系数。附图说明图1为一种FBSM与HBSM的混合方式拓扑结构图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。1、本发明定义如式(1)所示的电压阻断系数，以直观比较基于各类子模块的MMC交流源阻断能力：K=Uc_nor-UscrUc_nor---(1)]]>式中Uc_nor为正常运行时子模块电容电压平均值，即额定电容电压；Uscr为换流器在发生直流线路故障并闭锁子模块后能够完全阻断交流源馈流的临界子模块电容平均电压。根据式(1)知电压阻断系数的物理意义为：直流线路故障闭锁子模块后，保证交流源不向故障点馈入故障电流的前提下，子模块允许的电压降落最大值占正常运行时子模块电压Uc_nor的比值。K值越大，故障后子模块允许下降的电压值越大，交流源阻断能力越强；反之，K值越小，故障后子模块允许下降的电压值越小，交流源阻断能力越弱。2、本发明的一种混合式MMC拓扑子模块数量配置计算方法，以全桥子模块与半桥子模块构成的混合式MMC为例进行说明，如图1所示。其他混合式拓扑子模块数量配置计算方法均可类比。假设构成的换流器电平数为2N+1，为了能够在闭锁后完全阻断交流源，混合式拓扑内每个桥臂半桥子模块数量MH和全桥子模块数量MF应满足：MH+MF＝2N(2)Uscr=3MNUc_nor2MF=(1-K)Uc_nor---(3)]]>由式(2)、(3)确定该混合式MMC中半桥子模块数量MH和全桥子模块数量MF为：MH=round[(2-32M1-K)N]MF=round[(3M2(1-K)N]---(4)]]>式中，M为调制比，由直流系统中换流器交、直流侧的交流电压和直流电压确定；N由电平数求得(电平数＝2N+1)；K为电压阻断系数，可根据仿真结果和工程实际经验得到。3、针对其他具有交流源阻断能力的各种混合式拓扑，所需要的各类子模块最优数目确定方法可由2中方法类比得到。假设构成的换流器电平数为2N+1。根据分析知，半桥子模块不具有交流源阻断能力，但采用半桥子模块构成MMC的成本最低，根据本发明提供方法，可利用半桥子模块与具有交流源阻断能力的子模块构成混合式MMC，使得换流器具有阻断能力的同时达到投资成本和附加损耗最小。如式(3)所示，当调制比M较小时，可通过适当减少混合式换流器中全桥子模块的数量同时增加半桥子模块的数量降低投资成本和附加损耗；当调制比M较大时，可通过适当增加全桥子模块的数量同时减少半桥子模块的数量以保证交流源阻断能力。同时，给出利用隔离能力较强、但投资成本较高的子模块与隔离能力弱但投资成本较低的子模块构成混合式MMC的配置方法，以达到在保证换流器的交流源阻断能力的前提下使得投资成本与附加损耗最小。例如，基于钳位双子模块构成的MMC投资成本和附加损耗较低，但其交流源阻断能力较弱，不能保证直流故障后完全阻断交流源馈入故障电流。而基于串联双子模块或增强自阻型子模块的MMC交流源阻断能力较强，但其投资成本和附加损耗较大。因此可设计基于钳位双子模块和串联双子模块或增强自阻型子模块的混合式MMC拓扑结构，使得在保证完全阻断交流源馈入故障电流的前提下，实现投资成本与附加损耗最小。随着电力电子技术的发展以及换流器子模块拓扑的不断优化，混合式MMC拓扑配置时采用的子模块类型将会出现更多的可能性，本发明提供的子模块数量优化方法可适用于任何混合形式。