CN104267615A - 一种mmc柔性直流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MMC柔性直流系统，包括有通过直流线路连接的第一换流站和第二换流站；所述第一换流站和第二换流站均包括有交流系统、主断路器、变压器以及多个桥臂；所述交流系统、主断路器、变压器依次串联连接；每两个桥臂串联为一相，共有三相，每相之间并联连接后再和所述变压器串联连接；每个桥臂均包括有串联连接的桥臂电抗和阀组，每个阀组均包括有多个子模块，在开路状态时，所述子模块等效为电阻与电容的串联电路，在短路状态时，所述子模块等效为电感电路。在实时数字仿真时无需重新对导纳矩阵进行求逆，可节约大量计算时间，将实时仿真步长降低至所需的小于几微秒，从而实现对MMC柔性直流系统的精确仿真。

Description

一种MMC柔性直流系统

技术领域

本发明涉及模块化多电平(MMC)柔性直流输电技术领域，尤其是指一种MMC柔性直流系统。

背景技术

模块化多电平(MMC)柔性直流输电技术是当前国内外大功率电力电子研究领域重点和难点之一。其采用可控关断型电力电子器件，既可以实现有功功率和无功功率的独立控制，又能向无源系统供电。在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，且换流器之间无需通信，有利于构成既能方便地控制潮流又有较高可靠性的并联多端直流输电系统，具有广阔的应用前景。

对柔性直流系统进行仿真分析，传统的方法是采用基于等比例缩小简化的动态模拟技术，但其具有费用高、建设周期长、灵活性差等缺点。实时数字仿真技术可有效克服以上缺点，在电力系统的规划、设计、试验和运行过程日益发挥着更加重要的作用。实时仿真数字中，典型仿真步长是50～80微秒，这对常规电力系统电磁暂态仿真分析已经足够，而对于MMC柔性直流系统，其子模块开关频率非常高，如果采用传统实时数字仿真方法，而每次子模块开关状态变化后，实时数字仿真都需要重新对导纳矩阵进行求逆，需要耗费很大的计算时间，因此无法将实时仿真步长降低至所需的小于几微秒，从而无法对MMC柔性直流系统进行精确仿真。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种准确有效、方便灵活的MMC柔性直流系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种MMC柔性直流系统，包括有第一换流站、第二换流站和直流线路，所述第一换流站与第二换流站之间通过直流线路连接；其中，所述第一换流站和第二换流站均包括有交流系统、主断路器、变压器以及多个桥臂；所述交流系统、主断路器、变压器依次串联连接；每两个桥臂串联为一相，共有三相，每相之间并联连接后再和所述变压器串联连接；每个桥臂均包括有串联连接的桥臂电抗和阀组，每个阀组均包括有多个子模块，在开路状态时，所述子模块等效为电阻与电容的串联电路，而在短路状态时，所述子模块等效为电感电路。

所述电阻、电容和电感的取值，根据下列公式求得：

$L=\sqrt{2}(\mathrm{\ΔT}\·F)v/i$

C＝(ΔT·F)²/2

$R=\frac{2L}{\mathrm{\ΔT}}+\frac{\mathrm{\ΔT}}{2C}$

式中，ΔT为仿真步长；δ为阻尼因子；v为子模块额定电压，i为子模块额定电流；

其中，上述电阻、电容和电感取值的计算公式，是根据以下两个约束条件得出：

1)开路导纳G_oc和短路导纳G_sc保持相等；

2)开路时电阻电容回路中电容的放电能量Cv²与短路时电感的充电能量Li²/2保持相等。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

当子模块在开路状态时，用电阻与电容的串联电路代替；当子模块在短路状态时，用电感电路代替，只要保证电阻、电容和电感采用以上取值，则每次子模块开关状态变化后，实时数字仿真无需重新对导纳矩阵进行求逆，可节约大量计算时间，将实时仿真步长降低至所需的小于几微秒，从而实现对MMC柔性直流系统的精确仿真。

附图说明

图1为本发明所述MMC柔性直流系统的结构框图。

图2为本发明所述第一换流站和第二换流站的结构示意图。

图3为图2的等值电路示意图。

图4为本发明所述子模块在开路状态时的等效电路和等值电路示意图。

图5为本发明所述子模块在短路状态时的等效电路和等值电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本实施例所述的MMC柔性直流系统，包括有第一换流站、第二换流站和直流线路，所述第一换流站与第二换流站之间通过直流线路连接；其中，所述第一换流站和第二换流站均包括有交流系统、主断路器、变压器以及多个桥臂；所述交流系统、主断路器、变压器依次串联连接；每两个桥臂串联为一相，共有三相，每相之间并联连接后再和所述变压器串联连接；每个桥臂均包括有串联连接的桥臂电抗和阀组，每个阀组均包括有多个子模块。在开路状态时，所述子模块等效为电阻R与电容C的串联电路，以模拟其小导纳特性，如图4所示。而在短路状态时，所述子模块等效为电感L电路，以模拟其大导纳特性，如图5所示。

上述电阻R、电容C和电感L的取值，根据下列公式求得：

$L=\sqrt{2}(\mathrm{\ΔT}\·F)v/i$

C＝(ΔT·F)²/2

$R=\frac{2L}{\mathrm{\ΔT}}+\frac{\mathrm{\ΔT}}{2C}$

式中，ΔT为仿真步长；δ为阻尼因子；v为子模块额定电压，i为子模块额定电流；

其中，上述电阻R、电容C和电感L取值的计算公式，是根据以下两个约束条件得出：

1)开路导纳G_oc和短路导纳G_sc保持相等；

2)开路时电阻电容回路中电容C的放电能量Cv²与短路时电感L的充电能量Li²/2保持相等。

在本实施例中，取仿真步长ΔT＝1.5微秒，阻尼因子δ取0.9，取子模块额定电压v＝1600伏，取子模块额定电流i＝1000安，则计算得L＝3.81μH,C＝0.744μF,R＝4.07Ω。

当子模块在开路状态时，用上述电阻R与电容C的串联电路代替；当子模块在短路状态时，用上述电感L电路代替。只要保证电阻R、电容C和电感L采用以上取值，则每次子模块开关状态变化后，实时数字仿真无需重新对导纳矩阵进行求逆，可节约大量计算时间，将实时仿真步长降低至所需的小于几微秒，从而实现对MMC柔性直流系统的精确仿真。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种MMC柔性直流系统，其特征在于：包括有第一换流站、第二换流站和直流线路，所述第一换流站与第二换流站之间通过直流线路连接；其中，所述第一换流站和第二换流站均包括有交流系统、主断路器、变压器以及多个桥臂；所述交流系统、主断路器、变压器依次串联连接；每两个桥臂串联为一相，共有三相，每相之间并联连接后再和所述变压器串联连接；每个桥臂均包括有串联连接的桥臂电抗和阀组，每个阀组均包括有多个子模块，在开路状态时，所述子模块等效为电阻(R)与电容(C)的串联电路，而在短路状态时，所述子模块等效为电感(L)电路。

2.根据权利要求1所述的一种MMC柔性直流系统，其特征在于：所述电阻(R)、电容(C)和电感(L)的取值，根据下列公式求得：

$L=\sqrt{2}(\mathrm{\ΔT}\·F)v/i$

C＝(ΔT·F)²/2

$R=\frac{2L}{\mathrm{\ΔT}}+\frac{\mathrm{\ΔT}}{2C}$

式中，ΔT为仿真步长；δ为阻尼因子；v为子模块额定电压，i为子模块额定电流；

其中，上述电阻(R)、电容(C)和电感(L)取值的计算公式，是根据以下两个约束条件得出：

1)开路导纳G_oc和短路导纳G_sc保持相等；

2)开路时电阻电容回路中电容(C)的放电能量Cv²与短路时电感(L)的充电能量Li²/2保持相等。