一种分布式直流耗能装置主回路参数设置方法及装置与流程

本发明涉及海上风电直流送出，尤其涉及一种分布式直流耗能装置主回路参数设置方法及装置。

背景技术：

1、对于海上风电柔性直流输电系统而言，当受电端交流电网发生故障时，受电端换流站的输出功率将减少，由于风电场的功率难以快速响应，若盈余功率始终维持，直流电压将不断升高直至系统跳闸。

2、直流耗能装置是受电端交流电网故障时系统实现故障穿越的重要物理装置。目前已经提出的直流耗能装置根据主电路结构的不同主要可以分为三类：集中式方案、分布式方案和半集中式方案。其中，集中式方案采用开关器件串联阀耗能电路，该电路采用大量开关器件直接串联；分布式方案采用模块化分布耗能电阻耗能电路，其避免了大量开关器件的直接串联，耗能电阻分布在每个模块中；而半集中式方案则采用了模块化多电平换流器型集中耗能电阻耗能电路。

3、分布式方案是目前实际工程应用中直流耗能装置的主要方案。在该分布式方案的应用过程中，需要合理地设置相应分布式直流耗能装置主回路的各项参数。因此，需要提供可以快速实现对分布式直流耗能装置主回路参数的优化设置的方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种分布式直流耗能装置主回路参数设置方法及装置，解决了如何快速实现对分布式直流耗能装置主回路参数的优化设置的技术问题。

2、本发明第一方面提供一种分布式直流耗能装置主回路参数设置方法，所述分布式直流耗能装置由多个功率模块级联而成，每个功率模块包括机械开关、第一二极管、第二二极管、直流电容、单向电力电子开关和耗能电阻，所述机械开关的一端、所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述机械开关的另一端、所述第一二极管的正极、所述耗能电阻的一端与所述直流电容的负极连接，所述第二二极管的负极、所述单向电力电子开关的集电极与所述直流电容的正极连接，所述单向电力电子开关的发射极和所述耗能电阻的另一端连接，所述方法包括：

3、根据功率模块的开关器件电压等级确定所述功率模块的长期平均电压，获取分布式直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，以所述额定电压与所述长期平均电压的比值作为功率模块数量下限值，根据所述功率模块数量下限值设置所述功率模块的数量；

4、确定所述功率模块的冗余数量，根据设置的功率模块的数量和所述冗余数量确定总模块数，获取所述对应直流输电系统的额定功率和裕度系数，根据所述额定电压、所述总模块数、所述额定功率和所述裕度系数计算耗能电阻上限值，根据所述耗能电阻上限值设置所述耗能电阻的值；

5、确定功率模块电容电压波动峰的峰值，根据所述峰值、所述额定电压和所设置的耗能电阻的值计算最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值，设置允许功率模块投入、退出的最大周期，以所述平均电流值和所述最大周期的乘积与所述峰值的比值作为直流电容下限值，根据所述直流电容下限值设置所述直流电容的值。

6、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述确定所述功率模块的冗余数量，包括：

7、设置所述功率模块的冗余率；

8、根据所述冗余率和设置的功率模块的数量计算所述功率模块的冗余数量。

9、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述设置所述功率模块的冗余率，包括：

10、在10％以内进行所述冗余率的取值。

11、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述获取分布式直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，包括：

12、所述对应直流输电系统采用对称单极接线时，获取对应极间电压作为所述额定电压；所述对应直流输电系统采用对称双极接线时，获取对应极对地电压作为所述额定电压；所述对应直流输电系统采用高低阀组接线时，获取对应单个阀组的直流电压作为所述额定电压；

13、以及，所述获取所述对应直流输电系统的额定功率，包括：

14、所述对应直流输电系统采用对称单极接线时，获取对应极间功率作为所述额定功率；所述对应直流输电系统采用对称双极接线时，获取对应极对地功率作为所述额定功率；所述对应直流输电系统采用高低阀组接线时，获取对应单个阀组的功率作为所述额定功率。

15、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据所述额定电压、所述总模块数、所述额定功率和所述裕度系数计算耗能电阻上限值，包括：

16、按照下式计算耗能电阻上限值：

17、

18、式中，rmax表示耗能电阻上限值，un为所述额定电压，k为所述裕度系数，ntotal为所述总模块数，pn为所述额定功率。

19、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据所述峰值、所述额定电压和所设置的耗能电阻的值计算最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值，包括：

20、按照下式计算最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值：

21、

22、式中，ism表示最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值，δusm为所述峰值，un为所述额定电压，r为所设置的耗能电阻的值。

23、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据所述功率模块数量下限值设置所述功率模块的数量，包括：

24、以所述功率模块数量下限值作为所述功率模块的数量；

25、所述根据所述耗能电阻上限值设置所述耗能电阻的值，包括：

26、以所述耗能电阻上限值作为所述耗能电阻的值；

27、和/或，所述根据所述直流电容下限值设置所述直流电容的值，包括：

28、以所述直流电容下限值作为所述直流电容的值。

29、本发明第二方面提供一种分布式直流耗能装置主回路参数设置装置，所述分布式直流耗能装置由多个功率模块级联而成，每个功率模块包括机械开关、第一二极管、第二二极管、直流电容、单向电力电子开关和耗能电阻，所述机械开关的一端、所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述机械开关的另一端、所述第一二极管的正极、所述耗能电阻的一端与所述直流电容的负极连接，所述第二二极管的负极、所述单向电力电子开关的集电极与所述直流电容的正极连接，所述单向电力电子开关的发射极和所述耗能电阻的另一端连接，所述装置包括：

30、第一设置模块，用于根据功率模块的开关器件电压等级确定所述功率模块的长期平均电压，获取分布式直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，以所述额定电压与所述长期平均电压的比值作为功率模块数量下限值，根据所述功率模块数量下限值设置所述功率模块的数量；

31、第二设置模块，用于确定所述功率模块的冗余数量，根据设置的功率模块的数量和所述冗余数量确定总模块数，获取所述对应直流输电系统的额定功率和裕度系数，根据所述额定电压、所述总模块数、所述额定功率和所述裕度系数计算耗能电阻上限值，根据所述耗能电阻上限值设置所述耗能电阻的值；

32、第三设置模块，用于确定功率模块电容电压波动峰的峰值，根据所述峰值、所述额定电压和所设置的耗能电阻的值计算最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值，设置允许功率模块投入、退出的最大周期，以所述平均电流值和所述最大周期的乘积与所述峰值的比值作为直流电容下限值，根据所述直流电容下限值设置所述直流电容的值。

33、根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第二设置模块包括：

34、第一设置单元，用于设置所述功率模块的冗余率；

35、第一计算单元，用于根据所述冗余率和设置的功率模块的数量计算所述功率模块的冗余数量。

36、根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第一设置单元具体用于：

37、在10％以内进行所述冗余率的取值。

38、根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第一设置模块包括：

39、第一获取单元，用于在所述对应直流输电系统采用对称单极接线时，获取对应极间电压作为所述额定电压；所述对应直流输电系统采用对称双极接线时，获取对应极对地电压作为所述额定电压；所述对应直流输电系统采用高低阀组接线时，获取对应单个阀组的直流电压作为所述额定电压；

40、以及，所述第二设置模块包括：

41、第二获取单元，用于在所述对应直流输电系统采用对称单极接线时，获取对应极间功率作为所述额定功率；所述对应直流输电系统采用对称双极接线时，获取对应极对地功率作为所述额定功率；所述对应直流输电系统采用高低阀组接线时，获取对应单个阀组的功率作为所述额定功率。

42、根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第二设置模块包括：

43、第二计算单元，用于按照下式计算耗能电阻上限值：

44、

45、式中，rmax表示耗能电阻上限值，un为所述额定电压，k为所述裕度系数，ntotal为所述总模块数，pn为所述额定功率。

46、根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第三设置模块包括：

47、第三计算单元，用于按照下式计算最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值：

48、

49、式中，ism表示最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值，δusm为所述峰值，un为所述额定电压，r为所设置的耗能电阻的值。

50、根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第一设置模块包括：

51、第二设置单元，用于以所述功率模块数量下限值作为所述功率模块的数量；

52、所述第二设置模块包括：

53、第三设置单元，用于以所述耗能电阻上限值作为所述耗能电阻的值；

54、和/或，所述第三设置模块包括：

55、第四设置单元，用于以所述直流电容下限值作为所述直流电容的值。

56、本发明第三方面提供了一种分布式直流耗能装置主回路参数设置装置，包括：

57、存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现如上任意一项能够实现的方式所述的分布式直流耗能装置主回路参数设置方法；

58、处理器，用于执行所述存储器中的指令。

59、本发明第四方面一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项能够实现的方式所述的分布式直流耗能装置主回路参数设置方法。

60、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

61、本发明以分布式直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压与功率模块长期平均电压的比值作为功率模块数量下限值，根据该功率模块数量下限值设置功率模块的数量；根据系统的额定电压、额定功率和裕度系数，以及总模块数计算耗能电阻上限值，根据该耗能电阻上限值设置耗能电阻的值；计算最严重故障发生时流过每个功率模块的平均电流值，设置允许功率模块投入、退出的最大周期，以平均电流值和最大周期的乘积与功率模块电容电压波动峰的峰值的比值作为直流电容下限值，根据该直流电容下限值设置所述直流电容的值；本发明能够快速地实现对基于分布式方案的直流耗能装置主回路参数的优化设置，设置方式简单便捷。