一种全桥型mmc交流电压提升运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多电平电力电子变换器技术领域，更具体地，设及一种全桥型MMC交 流电压提升运行方法。
【背景技术】
[0002] 模块化多电平换流器（Mo化Iar Multilevel Converter, MMC)凭借其开关器件无 动静态均压问题、易扩展、系统效率高及输出波形质量好等优势，已成为柔性直流输电中换 流器的首选拓扑。
[0003] 现有的基于MMC的柔性直流输电工程中，均使用基于半桥型子模块拓扑的换流 器。半桥型MMC不具备直流短路故障防御能力，需要依靠交流侧断路器或者直流侧断路器 实现直流侧故障的清除。但是，若采用交流侧断路器，断路器只能在相电流过零点实现直流 故障的清除，在故障后及断路器有效动作之间存在延时，会导致直流侧短路故障演变为交 流侧短路故障，且交流断路器重合闽时序较为复杂；若采用直流侧断路器，由于直流电流没 有过零点，直流断路器的技术难度大，据CIGRE文献调研，可应用于±500kV及±800kV的 高压直流断路器研制时间分别为10年及15年左右。全桥型MMC基于具备负电平输出能力 的全桥型子模块，能够对直流短路故障进行主动防御。但是，现有的关于全桥型MMC的研究 在稳态下仅控制全桥子模块输出正电平或零电平，由于全桥子模块开关数目较多，运导致 其相对于半桥型子模块，具有建造成本大及损耗高的不足。因此W上问题在一定程度上限 制了全桥型MMC在实际柔性直流输电工程中的应用。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全桥型MMC交流电压提 升运行方法，稳态下利用全桥子模块的负电平输出能力，在保持直流侧电压不变的前提下， 提升交流侧相电压峰值，根据不同的控制目标指令，通过改变换流器传输功率的指令值，达 到降低换流器成本及损耗的目的。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种全桥型MMC交流电压提升运行方法，其特征 在于，包括如下步骤：
[000引 （1)获取全桥型MMC的直流侧额定电压Ud。和子模块额定电容电压U。；
[0007] 似根据全桥型MMC提压后换流器调制系数m、直流侧额定电压Ud。和子模块额定 电容电压化，在不考虑子模块冗余的前提下，计算满足提压要求的全桥型MMC每个桥臂的子 模块个数N ;
[000引 （3)根据不同的控制目标指令，得到换流器有功功率目标值P，根据换流器有功功 率目标值P和实时检测到的换流器传输有功功率P'，计算得到=相交流输出电压U，，使得 换流器传输有功功率趋近于目标值，其中，j =曰，b和C，代表曰、b、C =相；
[0009] (4)根据S相交流输出电压U,和直流侧电压检测值U d。，计算得到全桥型MMC的各 桥臂的输出电压目标值；
[0010] 妨根据全桥型MMC的所有桥臂的输出电压目标值和子模块额定电容电压U。，计 算得到各桥臂中需要输出正电平或者负电平的子模块个数；
[0011] (6)根据各桥臂的子模块电容电压检测值和各桥臂的桥臂电流检测值，W桥臂中 所有子模块电容电压均衡为原则，确定各桥臂中需要输出正电平或者负电平的子模块；
[0012] (7)通过控制各桥臂子模块中开关器件的通断使需要输出正电平的子模块输出正 电平，需要输出负电平的子模块输出负电平，其它子模块旁路，实现全桥型MMC交流侧电压 提升。
[0013] 优选地，所述步骤（3)中，交流侧电压提升前后，保持交流侧相电流不变，计算得 到换流器有功功率目标值P = mP。，其中，P。为提压前的换流器传输有功功率。
[0014] 优选地，所述步骤（3)中，交流侧电压提升前后，保持开关器件的通流能力不变， 计算得到换流器有功功率目标值..
其中，m。为提压前换流器调制 系数，梦为功率因数角，P。为提压前的换流器传输有功功率。
[0015] 优选地，所述步骤（3)中，交流侧电压提升前后，保持换流器传输容量不变，计算 得到换流器有功功率目标值P = P。，其中，P。为提压前的换流器传输有功功率。
[0016] 优选地，所述步骤（2)中，满足提压要求的全桥型MMC每个桥臂的子模块个数N 为：
[001引优选地，所述步骤（4)中，上桥臂的输出电压目标值为：
，下桥臂的 输出电压目标值为
[0019] 优选地，所述步骤巧）中，上桥臂需要输出正电平或者负电平的子模块个数
下桥臂需要输出正电平或者负电平的子模块个数
其中，u，p为上桥臂的输出电压目标值，U ,。为下桥臂的输出电压目标值，round(X)表示对参 数X进行四舍五入后的整数值。
[0020] 优选地，所述步骤巧）中，在桥臂的输出电压目标值为正时，计算该桥臂中需要输 出正电平的子模块个数；在桥臂的输出电压目标值为负时，计算该桥臂中需要输出负电平 的子模块个数。
[0021] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，具有W下有益效 果：通过在稳态下利用全桥型子模块的负电平输出能力，在保持直流侧电压不变的情况下， 增大交流侧相电压峰值，实现交流电压提升运行。若保持开关器件的通流能力不变，适当的 提压运行能够降低换流器各相上、下桥臂交互的能量，在子模块电容电压波动保持不变的 情况下，能减小子模块电容值，有利于降低换流器成本；若保持交流侧电流不变，适当的提 压运行在降低换流器成本的同时，还能够有效提高换流器的传输容量；若保持换流器传输 容量不变，适当的提压运行在降低换流器成本的同时，还能够降低桥臂电流有效值，从而减 小各子模块的损耗，提高换流器效率。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明实施例的全桥型MMC交流电压提升运行方法流程图；
[0023] 图2是保持交流侧相电流有效值及电容电压波动率不变时，不同功率因数下，子 模块电容的需求与调制系数关系曲线；
[0024] 图3是保持开关器件通流能力及电容电压波动率不变时，不同功率因数下，子模 块电容的需求与调制系数关系曲线；
[0025] 图4是保持换流器传输容量及电容电压波动率不变时，不同功率因数下，子模块 电容的需求与调制系数关系曲线；
[0026] 图5是保持换流器传输容量不变时，单位功率因数工况下，换流器总损耗与调制 系数的关系曲线。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0028] 如图1所示，本发明实施例的全桥型MMC交流电压提升运行方法包括如下步骤：
[0029] (1)获取全桥型MMC的直流侧额定电压Ud。和子模块额定电容电压U。；
[0030] 似根据全桥型MMC提压后换流器调制系数m、直流侧额定电压Ud。和子模块额定 电容电压化，在不考虑子模块冗余的前提下，计算满足上述提压要求的全桥型MMC每个桥臂 的子模块个数N为：
[003引 做根据不同的控制目标指令，计算得到立相交流输出电压Uj,其中，j二曰，WPc, 代表a、b、CS相；
[0033] 包括如下S种情况：
[0034] (Al)交流侧电压提升前后，保持交流侧相电流不变时，计算得到换流器有功功率 目标值P=mP。；
[0035] (A2)交流侧电压提升前后，保持开关器件的通流能力不变时，计算得到换流器有 功功率目标值
[0036] (A3)交流侧电压提升前后，保持换流器传输容量不变时，计算得到换流器有功功 率目标值P = P。；
[0037] 其中，P。为提压前的换流器传输有功功率，m。为提压前换流器调制系数，辉为功率 因数角。
[0038]根据换流器有功功率目标值P和实时检测到的换流器传输有功功率P'，计算得到 =相交流输出电压U，，使得换流器传输有功功率趋近于目标值。
[0039](4)根据S相交流输出电压U,和直流侧电压检测值Ud。，计算得到全桥型MMC的所 有桥臂的输出电压目标值；
[0040] 具体地，上桥臂的输出电压目标值为：
，下桥臂的输出电压目标值 为：
[0041] (5)根据全桥型MMC的各桥臂的输出电压目标值和子模块额定电容电压化，计算 得到各桥臂中需要输出正电平或者负电平的子模块个数；
[0042]具体地，上桥臂需要投入的子模块个数
下桥臂需要投入的子 模块个数
。其中，为上桥臂的输出电压目标值，U ,。为下桥臂的输出电 压目标值，round(X)表示对参数X进行四舍五入后的整数值。
[0043]在桥臂的输出电压目标值为正时，计算该桥臂中需要输出正电平的子模块个数； 在桥臂的输出电压目标值为负时，计算该桥臂中需要输出负电平的子模块个数。
[0044] (6)根据各桥臂的子模块电容电压检测值和各桥臂的桥臂电流检测值，W桥臂中 所有子模块电容电压均衡为原则，确定各桥臂中需要输出正电平或者负电平的子模块。
[0045] (7)使各桥臂中需要输出正电平的子模块输出正电平，需要输出负电平的子模块 输出负电平，其它子模块旁路，实现全桥型MMC交流侧电压提升。
[0046] 为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明的全桥型 MMC交流电压提升运行方法进行详细说明。
[0047]实例一
[0048] 本实例用W说明在保持交流侧相电流有效值不变时，适当提压运行在增加换流器 传输容量、降低换流器成本方面的优越性。为更清楚的说明，进行如下分析：
[0049] 首先对提压运行增加换流器传输容量的优势进行分析。
[0050] 提压运行后，换流器传输容量S可表示为
，其中，U，m和I，m分别为提压 之后交流侧相电压与相电流的峰值。U，m增大，I，m不变，因此提压后换流器传输容量增大。
[0051] 接下来对提压运行降低换流器成本的优势进行分析。
[0052] 假设换流器工作