一种无联接变压器MMC桥臂子模块参数设计方法及系统与流程

本发明涉及mmc换流器设计，尤其涉及一种无联接变压器mmc桥臂子模块参数设计方法及系统。

背景技术：

1、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,mmc)拓扑自提出以来，受到学术界和工业界的广泛关注，现有大部分柔性直流输电工程均采用该拓扑，在中压柔性直流配电领域也主要采用该拓扑实现交直流变换。目前mmc主要采用联接变压器接入交流系统，联接变压器的作用主要有：使换流器输出的交流电压与电网电压相匹配；作为连接阻抗的一部分；在发生不对称故障时阻隔零序电流。但是联接变压器占地较大，省去联接变压器可显著降低设备占地和体积，对于提高设备功率密度有重要意义。

2、由于省去联接变压器会导致不对称故障时的零序电压传递到对侧交流系统，使得零序电压保护失去选择性，不符合配电网运行可靠性要求，已有方案中采用增加能够输出负电平的全桥子模块来平抑直流电压波动，避免零序分量向非故障侧传递。但是，城市配电网中为应对电缆率过高导致的容性电流超标问题，主要采用小电阻接地方式，并且不同接地电阻对于相电压抬升的影响不同，在已有方案中主要考虑中性点经消弧线圈接地方式，对于子模块数量的设计难以满足需求，导致对零序分量的抑制误差较大。

技术实现思路

1、本发明提供了一种无联接变压器mmc桥臂子模块参数设计方法及系统，解决了对于子模块数量的设计难以满足需求，导致对零序分量的抑制误差较大的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种无联接变压器mmc桥臂子模块参数设计方法，包括以下步骤：

3、获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的三相电压，并基于接地电阻确定非故障相的对地电压，确定对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系；

4、基于对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系，获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的对地电压较高的非故障相的对地电压变化情况，并确定最大的对地电压作为非故障相对地电压；

5、根据所述非故障相对地电压和mmc的直流侧额定电压确定非故障相桥臂输出的最大电压和最小电压，从而得到非故障相桥臂的输出电压范围；

6、根据预先获取的mmc的桥臂半桥子模块的数量和所述非故障相对地电压确定mmc的桥臂全桥子模块的数量。

7、优选地，获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的三相电压，并基于接地电阻确定非故障相的对地电压，确定对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系的步骤具体包括：

8、当交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时，形成故障相、线路阻抗、变压器漏抗与接地电阻构成的故障回路，获取无联接变压器mmc的三相电压为：

9、

10、式中，i′表示故障相别，i′∈(a,b,c)，，i1和i2表示非故障相别，i1,i2∈(a,b,c)，分别表示故障点对地的i′、i1和i2相交流电压，表示接地电阻电压，分别表示i1和i2相上的线路阻抗及无联接变压器漏抗上的电压，分别表示i1和i2相的电源交流电压，其中，

11、

12、式中，r表示接地电阻，j表示虚部，表示故障相的电源交流电压，xσ表示无联接变压器漏抗，xl表示线路阻抗；

13、基于无联接变压器mmc的三相电压和接地电阻电压，确定非故障相i1和i2的对地电压的有效值分别为：

14、

15、将非故障相i1和i2的对地电压的有效值进行比较，确定对地电压的有效值较高的非故障相的对地电压描述对地电压与接地电阻之间的关系为：

16、

17、式中，表示对地电压较高的非故障相的对地电压，x表示系统阻抗。

18、优选地，基于对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系，获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的对地电压较高的非故障相的对地电压变化情况，并确定最大的对地电压作为非故障相对地电压的步骤，具体包括：

19、基于对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系，采用电阻扫描法获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的对地电压较高的非故障相的对地电压变化情况，并确定最大的对地电压作为非故障相对地电压。

20、优选地，根据所述非故障相对地电压和mmc的直流侧额定电压确定非故障相桥臂输出的最大电压和最小电压，从而得到非故障相桥臂的输出电压范围的步骤具体包括：

21、根据所述非故障相对地电压和mmc的直流侧额定电压通过下式计算非故障相桥臂输出的最大电压和最小电压分别为：

22、

23、式中，uarm_max为非故障相桥臂输出的最大电压，uarm_min为非故障相桥臂输出的最小电压，ud为mmc直流侧的额定电压，为非故障相对地电压；

24、根据非故障相桥臂输出的最大电压和最小电压确定非故障相桥臂的输出电压范围。

25、优选地，根据预先获取的mmc的桥臂半桥子模块的数量和所述非故障相对地电压确定mmc的桥臂全桥子模块的数量的步骤具体包括：

26、根据预先获取的mmc的桥臂半桥子模块的数量和所述非故障相对地电压通过下式计算mmc的桥臂全桥子模块的数量为：

27、

28、式中，nf表示mmc的桥臂全桥子模块的数量，uc表示子模块额定直流电压，nh表示mmc的桥臂半桥子模块的数量，其中，

29、。

30、第二方面，本发明还提供了一种无联接变压器mmc桥臂子模块参数设计系统，包括：

31、回路仿真模块，用于获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的三相电压，并基于接地电阻确定非故障相的对地电压，确定对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系；

32、电压获取模块，用于基于对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系，获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的对地电压较高的非故障相的对地电压变化情况，并确定最大的对地电压作为非故障相对地电压；

33、电压计算模块，用于根据所述非故障相对地电压和mmc的直流侧额定电压确定非故障相桥臂输出的最大电压和最小电压，从而得到非故障相桥臂的输出电压范围；

34、子模块数量计算模块，用于根据预先获取的mmc的桥臂半桥子模块的数量和所述非故障相对地电压确定mmc的桥臂全桥子模块的数量。

35、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；

36、以及处理器，用于与所述存储器通信以执行所述可执行指令从而完成上述方法的步骤。

37、第四方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，所述指令被执行时执行上述方法的步骤。

38、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

39、本发明通过获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的三相电压，确定对地电压较高的非故障相的对地电压与接地电阻之间的关系，从而利用对地电压较高的非故障相进行有效抑制零序分量，同时，获取交流系统的无联接变压器mmc发生单相接地故障时的对地电压较高的非故障相的对地电压变化情况，并确定最大的对地电压作为非故障相对地电压，根据非故障相对地电压和mmc的直流侧额定电压确定非故障相桥臂的输出电压范围，并根据预先获取的mmc的桥臂半桥子模块的数量和非故障相对地电压确定mmc的桥臂全桥子模块的数量，从而对子模块数量进行优化，实现零序分量的精准抑制。