CN106941260A - 一种模块化多电平换流器的性能评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块化多电平换流器的性能评价方法及装置，通过计算各个模块化换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差，然后根据电流抑制时间和子模块电压偏差与它们之间的权重值，计算模块化多电平换流器的性能指标，还包括对换流器成本的评价，然后判断模块化多电平换流器的性能，从而来辅助模块化多电平换流器的拓扑结构选择，本发明对换流器的性能评价更加完善，且电流抑制时间和子模块电压偏差通过模型计算即可得到，不需要通过仿真或试验，其计算方法简单可靠，容易实现。

Description

一种模块化多电平换流器的性能评价方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统柔性输配电和电力电子领域，特别涉及一种模块化多电平换流器的性能评价方法及装置。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)自德国学者Rainer Marquardt提出以来，由于其具备模块化设计，开关频率低，损耗小，谐波含量低等诸多优点，最早由西门子公司在高压柔性直流输电领域投入到工程应用，并得到了国内外的广泛关注。但其工程应用面临了直流短路故障的严重威胁，MMC换流器在故障后，将形成子模块电容串联放电和交流系统不控整流放电两个放电回路，向直流故障点馈入故障电流，严重危害系统稳定及设备安全。

直流短路故障的处理方法有两类。一类为在直流侧或交流侧使用断路器切断故障回路。但交流断路器响应时间相对较慢，重启动作时序复杂，系统恢复时间较长，不能实现直流故障穿越；而直流断路器造价昂贵，目前未有工程应用。第二类则是通过换流器的故障自清除技术，不需开关设备动作，系统能够快速恢复，提高了供电可靠性。

具备直流故障自清除能力的MMC拓扑，受到国内外学者的广泛关注。目前常见的新型拓扑主要包括全桥子模块MMC、钳位双子模块MMC、自阻型子模块MMC、二极管箝位式单子模块MMC、混合双子模块MMC以及由两种或多种子模块混合级联构成的子模块混合式MMC等。

多种具有直流故障穿越能力拓扑的出现，极大的满足了柔性直流输电系统设计需求，同时也就亟需一个兼顾直流故障快速恢复及系统经济性的技术经济性综合评价指标，来辅助工程设计人员的拓扑选型工作，得到适合于工程应用的模块化多电平换流器。目前，有国内学者提出了一种叫做DFRTI的评价指标，以故障电流对时间的积分作为评价参数，该评价方法只考虑了故障电流对模块化多电平换流器的影响，对模块化多电平换流器的性能评价不够完善，且该评价方法过于繁琐，不易实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器的性能评价方法及装置，用于解决现有技术中对模块化多电平换流器的性能评价不够完善的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种模块化多电平换流器的性能评价方法，该方法包括如下步骤：

1)计算不同模块化多电平换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差；

2)根据电流抑制时间和子模块电压偏差与设定的权重确定各子模块的故障快速恢复性能指标，依据该性能指标评价各模块化多电平换流器的性能。

进一步地，所述故障电流抑制时间值系统闭锁至短路电流抑制到零的时长，故障电流抑制时间的表达式为其中，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，L为系统等效电感，C′为换流器等效电容，R_s为系统杂散电阻；所述子模块电压偏差指短路电流抑制到零后的子模块电压相对于额定电压的偏差值，所述子模块电压偏差的目标函数为其中，τ₁、ω₀、ω、α都为中间变量，τ₁＝2L/R_S， t为故障电流降为零的时刻，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，C′为换流器等效电容，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U₀为子模块额定电压，L为系统等效电感，R_s为系统杂散电阻。

进一步地，该评价方法还包括对各子模块的成本进行评价，所述成本包括各子模块初期投资成本和各子模块系统运行成本。

进一步地，所述各子模块初期投资成本为相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本，包括单个子模块附加的IGBT器件数、附加的二极管器件数。

进一步地，所述各子模块系统运行成本为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本，附加损耗包括IGBT通态损耗、IGBT开关损耗、二极管通态损耗及二极管恢复损耗。

进一步地，单个子模块附加IGBT成本表示为I＝N_I*P_I*m_I，其中，N_I为各个换流器相对于半桥MMC的单个子模块附加IGBT个数，P_I为基准电压IGBT器件个数，m_I为子模块的半压IGBT器件与基准电压IGBT器件的价格比参数；所述单个子模块附加二极管成本表示为D＝N_D*P_D*m_D，其中，N_D为各个换流器相对于半桥MMC的单个子模块附加二极管个数，P_D为基准电压二极管器件个数，m_D为子模块的半压二极管器件与基准电压二极管器件的价格比参数。

进一步地，所述评价方法得到的评价结果为I＝A*I_restrain+B*I_recovery+C*I_loss+D*I_device，其中，A、B、C、D分别为相对应的权重系数；I_restrain＝t_MIN/t，t_MIN为各换流器故障电流抑制时间中的最小值，t为故障电流抑制时间；I_recovery＝ΔU/ΔU_MAX，ΔU_MAX为子模块电压偏差中的最大值，ΔU为子模块电压偏差；I_loss＝Y_MIN/Y，Y_MIN为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本的最小值，Y为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本；I_device＝Q_MIN/Q，其中Q_MIN指各换流器中相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本的最小值，Q为各子模块初期投资成本为相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本。

本发明还提供了一种模块化多电平换流器的性能评价装置，该装置包括如下单元：

计算单元：用于计算不同模块化多电平换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差；

性能评价单元：用于根据电流抑制时间和子模块电压偏差与设定的权重确定各子模块的性能指标，依据性能指标评价各模块化多电平换流器的性能。

进一步地，所述电流抑制时间值系统闭锁至短路电流抑制到零的时长，电流抑制时间的表达式为其中，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，L为系统等效电感，C′为换流器等效电容，R_s为系统杂散电阻；所述子模块电压偏差指短路电流抑制到零后的子模块电压相对于额定电压的偏差值，所述子模块电压偏差的目标函数为其中，τ₁、ω₀、ω、α都为中间变量，τ₁＝2L/R_S，t为故障电流降为零的时刻，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，C′为换流器等效电容，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U₀为子模块额定电压，L为系统等效电感，R_s为系统杂散电阻。

进一步地，该评价装置还包括对各子模块的成本评价的单元，所述成本包括初期投资成本和系统运行成本。

本发明的有益效果是：

本发明通过计算各个模块化换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差，然后根据电流抑制时间和子模块电压偏差与它们之间的权重值，计算模块化多电平换流器的性能指标，由该性能指标判断模块化多电平换流器的性能，来辅助模块化多电平换流器的拓扑结构选择，本发明对换流器的性能评价更加完善，且电流抑制时间和子模块电压偏差通过等效电路计算即可得到，不需要通过仿真或试验得到，其计算方法简单可靠，容易实现。

进一步地，还对各模块的成本进行了评价，该成本包括初期投资成本和系统运行成本，对模块化多电平换流器的性能评价更加完善，对模块化多电平换流器的拓扑结构选型提供了更加可靠的依据。

附图说明

图1为本发明的模块化多电平换流器的综合评价指标示意图；

图2为不同模块化多电平换流器在直流短路故障后的电流波形图；

图3为故障自清除换流器闭锁后的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明的一种模块化多电平换流器的性能评价方法的实施例：

一种模块化多电平换流器(MMC)的性能评价方法，首先计算不同模块化多电平换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差；然后根据电流抑制时间和子模块电压偏差与设定的权重确定各子模块的故障快速恢复性能指标，依据该性能指标评价各模块化多电平换流器的性能。该评价方法增加了对子模块电压偏差的计算，使模块化多电平换流器的性能评价较完善和较精确。

为了对模块化多电平换流器的评价更加完善，本发明的评价方法还对各模块的成本进行了评价，该成本包括初期投资成本和系统运行成本。

下面针对本发明的评价方法进行具体的说明：

本实施例主要针对以下换流器进行指标计算，包括全桥子模块MMC，钳位双子模块MMC，钳位单子模块MMC，二极管钳位式子模块MMC，混合双子模块MMC，全桥子模块与半桥子模块1:1级联的子模块混合式MMC，钳位单子模块与半桥子模块1:1级联的子模块混合式MMC，全桥子模块MMC不闭锁STATCOM故障穿越方式，混合双子模块不闭锁STATCOM故障穿越方式，全桥子模块与半桥子模块1:1级联的子模块混合式MMC不闭锁STATCOM故障穿越方式等。

1、初期投资成本：指相较半桥子模块的单个子模块附加IGBT器件数、附加二极管器件数、功率器件耐压等级、电容附件成本和模块复杂度附加成本等多个因素。

单个子模块综合附加投资成本具体可以表示为P＝I+D+R+S，其中I指单个子模块IGBT附加成本，D指单个子模块二极管附加成本，R指电容附加成本，S指复杂度附加成本。

由于部分新型子模块，使用到了半压器件或者倍压器件(器件耐压为半桥子模块的一半或二倍)，需要考虑功率器件耐压等级对器件成本的影响，有必要设置半压功率器件对基准电压功率器件的价格比参数m。

单个子模块IGBT器件附加成本表示为I＝N_I*P_I*m_I，其中，N_I表示换流器相对于半桥MMC的单个子模块附加IGBT个数，P_I为基准电压IGBT器件价格，m_I为子模块的半压IGBT器件与基准电压功率器件的价格比参数。

单个子模块的二极管器件附加成本表示为D＝N_D*P_D*m_D，其中N_D为附加二极管个数，P_I为基准电压二极管器件价格，m_D为子模块的半压二极管器件与基准电压功率器件的价格比参数。

电容附加成本R是指，当被评价新型子模块采用分裂电容方式(如二极管箝位式单子模块)。需要考虑两个半压电容与半桥子模块单个基准电压电容的价格差值。一般情况下该成本差很小，可以忽略不计。

复杂度附加成本S是指，当单个子模块采用两个及以上电容时，子模块结构将变得较为复杂，会产生一定的额外附加成本。一般情况下，该成本也较低，可以忽略不计。

初期投资成本目标函数可表示为Q＝M*(N_I*P_I*m_I+N_D*P_D*m_D)，其中柔性直流系统子模块总数M＝N_m*r*N_j*N_b*N_d，N_m为单桥臂子模块个数，r为冗余配置比，N_j系统级个数(双极系统为2，对称单极系统为1)，N_b为单极拓扑桥臂个数，N_d为柔性直流系统换流站端数。

各换流器的初期投资成本目标，即相交半桥子模块附加的开关器件的成本指标表示为I_device＝Q_MIN/Q，其中Q_MIN指各换流器中相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本的最小值，Q为各子模块初期投资成本为相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本。

本实施例中，M为柔性直流输配电系统中的子模块个数，由于该值并不影响不同拓扑对比，可不带入具体值。P_I为工程应用中基准电压单个IGBT成本，此处按高压场合，近似取为4.5万元。电容附加成本及复杂度附加成本忽略不计。器件附加成本可表示为(N_I+qN_D)P_I*m，二极管价格近似考虑为IGBT价格的1/3，即q＝1/3。

目前市场上，高压IGBT器件价格远高于中压器件。例如对于同等电流等级的IGBT，通常1700V的IGBT器件成本只有3300V器件的1/3。本实施例中半压器件可取m取3，表1给出了不同换流器拓扑的初期投资成本指标及主要参数。

表1不同MMC拓扑的初期投资附加成本指标及主要参数

2、系统运行成本：指系统运行过程中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件附件损耗成本。具体分解为各个开关器件的损耗计算。稳态运行情况下，IGBT的功率损耗主要为通态损耗P_Tcon和开关损耗P_Tsw；二极管损耗包括通态损耗P_Dcon和恢复损耗P_rec，其他损耗可以忽略不计。

单个IGBT的各类损耗计算公式如下，具体参数可先拟选定器件，并通过查阅芯片手册得到，如，IGBT通态损耗为P_Tcon＝(R_T·I_C+U_CE0)·I_C，其中，R_T和U_CE0分别为IGBT正向导通电阻和擎住电压，I_C为集电极电流；二极管通态损耗为P_Dcon＝(R_D·I_D+U_D0)·I_D，其中，U_D0和I_D分别为为二极管的电压、电流，R_D为二极管导通电阻；IGBT开关损耗为P_Tsw＝f*(E_on+E_off)，其中，f为器件开关频率，E_on和E_off分别为IGBT的单次开通损耗能量和关断损耗能量；二极管恢复损耗为P_rec＝f*E_rec，其中，f为器件开关频率，E_rec为二极管单次反向恢复损耗。

以半桥型MMC换流器为例，换流器开关器件的总损耗可表示为：

P_tot＝N_IT·P_Ttot+N_DT·P_Dtot＝N_IT·P_Tcon+N_IT·P_Tsw+N_DT·P_Dcon+N_DT·P_rec，其中，N_IT为换流器的IGBT总数，N_DT为换流器的二极管总数。P_Ttot为单个基准电压IGBT总损耗，P_Dtot为单个基准电压二极管总损耗。

由于系统损耗仅考虑柔性直流电网正常运行工况，故障及非正常工况对整体运行成本的影响可以忽略不计。而不同子模块换流器在相同的系统设置下，其运行机理基本相同，即单个子模块的电压电流基本相同，本实施例不考虑不同类型子模块对系统运行的影响。

为了进行系统对比，将不同换流器单个子模块的相对于半桥子模块的附加平均损耗均近似表示为下式：P_tot＝a·P_Tcon+b·P_Tsw+c·P_Dcon+d·P_rec，由于部分子模块中含通态损耗和开关损耗的器件数不同，例如钳位双子模块中存在钳位器件，其在稳态运行时只有通态损耗没有开关损耗，因此讲器件损耗的系数根据具体情况进行设置。

系统运行成本指标表示为Y＝M·P_tot·EP·L·Year·365·24。其中Year为预期运行年数，EP为电费(每千瓦时的价格)，L为负载率，M为柔性直流系统子模块数，P_tot为单个子模块的平均损耗(单位为千瓦)。

综上，系统运行成本指标，即系统运行过程中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件附件损耗成本指标表示为I_loss＝Y_MIN/Y，Y_MIN为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本的最小值，Y为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本。

例如，负载率L按50％计，电费EP按照0.6元每度计，预计运行年数按30年计。如对于，半桥子模块：P_HB＝2·(P_Tcon+P_Dcon)+2·(P_Tsw+P_rec)，而其他子模块相对于半桥子模块的单个子模块附加平均损耗需要根据具体子模块类型具体分析，如表2所示。

表2不同MMC拓扑的运行附加成本指标及主要参数

钳位双子模块包含两个子模块，其附加损耗为钳位IGBT的通态损耗。其导通时间近似为其他IGBT的2倍，而单个子模块包含1/2个IGBT，因此a＝1。与之类似钳位单子模块的a＝2。

二极管钳位式子模块和混合双子模块包含两个半压器件，不同耐压等级器件的损耗呈指数变化。本报告通过选用两款经典器件英飞凌公司的FZ1200R33HE3和FZ1200R17KE3，对比后近似认为，全压器件IGBT通态损耗设定为半压器件的1.31倍，二极管通态损耗1.53倍，IGBT开关损耗4.8倍，二极管恢复损耗3.7倍。

按照该实施例的高压场合，选用器件5SNA 3000K452300 Preliminary，桥臂电流按照平均值1000A，有效值2100A考虑；近似认为子模块两管均分电流，单管流经电流平均值约为500A，有效值约为1485A。

按照前文公式可得到其基准电压器件各项损耗为：IGBT通态损耗为2304W，二极管通态损耗为1820W，IGBT开关损耗为1800W，二极管恢复损耗为557W。

表2给出了不同换流器拓扑的运行成本指标及关键变量。

由表可知，钳位双子模块MMC和钳位单子模块与半桥子模块1:1级联的子模块混合式MMC的运行成本最低。

3、电流抑制时间：指主要不同MMC子模块在系统闭锁至短路电流抑制到零的时间，由于系统过电流峰值完全由闭锁前的电流变化决定，与换流器拓扑无关，在系统过电流评价中，电流抑制时间能够更好的评价系统快速恢复性能，同时也一定程度的能够反映DFRTI指标所体现的充电电量信息。

如图2所示，其中，t_B为闭锁时刻，I_B为闭锁时刻的直流短路电流，不同子模块在换流器闭锁前，其故障电流仅与系统参数配置有关，与子模块类型完全无关，数学模型一致。但在换流器闭锁后，具备故障电流自清除能力的子模块能够提供反向投入电容提供反向电动势抑制系统直流故障电流。不同子模块类型能够反向投入的电容的电压及容值不同，这就导致了直流故障电流抑制速度的不同。

该故障电流抑制时间不需要通过仿真或者试验得到，可以通过数学模型推导得到其数学表达式：其中，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，L为系统等效电感，C'为换流器等效电容，R_s为系统杂散电阻。如图3所示，其具体的推导过程如下：按照基尔霍夫电压定律，等效回路方程为：

发生闭锁时的初始条件为：

把闭锁时刻初始条件带入等效回路方程，可得直流故障电流解析式为：

其中，

其中，U_c2、I₂分别为闭锁时刻的反向电动势等效电压、电流，可知，故障电流将在t＝-β′/ω时刻降为零，此时故障清除。

通过变形可得，系统故障电流抑制时间的表达式为：

对于具体工况，闭锁时刻的故障电流峰值I₂、系统等效电感L、系统杂散电阻R_s均为具体固定值，针对不同换流器拓扑，只是换流器等效电容C′和闭锁后的等效反向电动势U_c2的区别。

综上，各换流器的电流抑制时间指标表示为I_restrain＝t_MIN/t，t_MIN为各换流器故障电流抑制时间中的最小值，t为故障电流抑制时间。

针对不同类型换流器拓扑，与该指标相关的变量只有两个，闭锁后桥臂等效电容大小和闭锁后桥臂提供的反向电动势大小。表3列出不同换流器拓扑的主要区别参数。

由表可知，电流抑制时间指标上全桥子模块和钳位单子模块最优，而子模块电压偏差按指标上看，能够进行不闭锁STATCOM运行故障穿越的几类换流器最优。

表3不同纯子模块MMC拓扑的指标相关变量

4、子模块电压偏差：子模块电压偏差不仅表征了子模块运行安全要求，同时反应了系统快速故障恢复性能。影响恢复过程的主要因素即为换流阀的子模块电压偏差情况，子模块电压偏差越大，恢复过程约不平稳，需要时间越长。该指标依据图3，同样不需要通过仿真或者试验得到，具体的推导过程不再详细描述，最终的数学表达式为：

其中，τ₁、ω₀、ω、α都为中间变量，τ₁＝2L/R_S， t为故障电流降为零的时刻，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，C′为换流器等效电容，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U₀为子模块额定电压，L为系统等效电感，R_s为系统杂散电阻。

子模块电容电压的变化受到了系统故障电流的影响，因此子模块电容电压偏差值的最大值发生在故障电流降为零的时刻，即t＝-β'/ω时刻。

根据闭锁后，不同换流器拓扑结构的具体情况，可以推导出系统等效电容电压与单个子模块电压的比例关系。

综上，子模块电压偏差指标表示为I_recovery＝ΔU/ΔU_MAX，其中，ΔU_MAX为子模块电压偏差中的最大值，ΔU为各子模块电压偏差。

结合步骤3和步骤4，根据公式和不同换流器的参数可以计算得到各换流器的故障电流抑制时间指标和子模块电压偏差指标，具体的如图表4所示：

表4各子模块电流抑制时间指标和子模块电压偏差指标

根据以上得到的初期投资成本指标、系统运行成本指标、子模块电压偏差指标和电流抑制时间指标的各项指标，该评价方法得到的评价结果表示为：

I＝A*I_restrain+B*I_recovery+C*I_loss+D*I_device

其中，A、B、C、D分别为相对应的权重系数，I_restrain为故障电流抑制时间指标，I_recovery为子模块电压偏差指标，I_loss为系统运行成本指标，I_device为初期投资成本指标，权重系数取值范围为[0,1]，并保证A+B+C+D之和为1，由此计算的个换流器的综合评价指标如表5所示：

表5不同模块化多电平换流器的性能指标

本实施例中的各项权重系数均选为0.25，结合以上指标得到二极管钳位式子模块为最适合的通过本发明的换流器性能评价方法计算得到的换流器拓扑结构。当然根据具体的工程条件，可以选择其他的权重系数，通过调节不同性能指标的权重系数，得到具体工程的最优换流器拓扑。

本发明提出的一种针对模块化多电平换流器技术经济性评价指标，适用于各类柔性直流输配电系统，能够综合评价换流器拓扑的经济性和快速故障恢复性能，能够为工程应用中快速选用合适的换流器拓扑提供参考。

本发明还提供了一种模块化多电平换流器的性能评价装置，该装置包括计算单元和性能评价单元。其中，计算单元用于计算不同模块化多电平换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差；性能评价单元用于根据电流抑制时间和子模块电压偏差与设定的权重确定各子模块的性能指标，依据性能指标评价各模块化多电平换流器的性能。

上述评价装置实际上是一种功能模块构架，其中的各单元是与上述评价方法相对应的进程或程序。因此，不再对该评价装置进行详细说明。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种模块化多电平换流器的性能评价方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)计算不同模块化多电平换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差；

2)根据故障电流抑制时间和子模块电压偏差与设定的权重确定各子模块的故障快速恢复性能指标，依据该性能指标评价各模块化多电平换流器的性能。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的性能评价方法，其特征在于，所述故障电流抑制时间值系统闭锁至短路电流抑制到零的时长，故障电流抑制时间的表达式为其中，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，L为系统等效电感，C′为换流器等效电容，R_s为系统杂散电阻；所述子模块电压偏差指短路电流抑制到零后的子模块电压相对于额定电压的偏差值，所述子模块电压偏差的表达式为其中，τ₁、ω₀、ω、α都为中间变量，τ₁＝2L/R_S，t为故障电流降为零的时刻，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，C′为换流器等效电容，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U₀为子模块额定电压，L为系统等效电感，R_s为系统杂散电阻。

3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的性能评价方法，其特征在于，该评价方法还包括对各子模块的成本进行评价，所述成本包括各子模块初期投资成本和各子模块系统运行成本。

4.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器的性能评价方法，其特征在于，所述各子模块初期投资成本为相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本，包括单个子模块附加的IGBT器件数、附加的二极管器件数。

5.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器的性能评价方法，其特征在于，所述各子模块系统运行成本为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本，附加损耗包括IGBT通态损耗、IGBT开关损耗、二极管通态损耗及二极管恢复损耗。

6.根据权利要求4所述的模块化多电平换流器的性能评价方法，其特征在于，单个子模块附加IGBT成本表示为I＝N_I*P_I*m_I，其中，N_I为各个换流器相对于半桥MMC的单个子模块附加IGBT个数，P_I为基准电压IGBT器件个数，m_I为子模块的半压IGBT器件与基准电压IGBT器件的价格比参数；所述单个子模块附加二极管成本表示为D＝N_D*P_D/m_D，其中，N_D为各个换流器相对于半桥MMC的单个子模块附加二极管个数，P_D为基准电压二极管器件个数，m_D为子模块的半压二极管器件与基准电压二极管器件的价格比参数。

7.根据权利要求3-6任一项所述的模块化多电平换流器的性能评价方法，其特征在于，所述评价方法得到的评价结果为I＝A*I_restrain+B*I_recovery+C*I_loss+D*I_device，其中，A、B、C、D分别为相对应的权重系数；I_restrain＝t_MIN/t，t_MIN为各换流器故障电流抑制时间中的最小值，t为故障电流抑制时间；I_recovery＝ΔU/ΔU_MAX，ΔU_MAX为子模块电压偏差中的最大值，ΔU为子模块电压偏差；I_loss＝Y_MIN/Y，Y_MIN为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本的最小值，Y为系统运行中的相对于半桥子模块的各类子模块开关器件的附加损耗成本；I_device＝Q_MIN/Q，其中Q_MIN指各换流器中相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本的最小值，Q为各子模块初期投资成本为相较半桥子模块各个换流器单个子模块附加的开关器件的成本。

8.一种模块化多电平换流器的性能评价装置，其特征在于，该装置包括如下单元：

计算单元：用于计算不同模块化多电平换流器的电流抑制时间和子模块电压偏差；

性能评价单元：用于根据电流抑制时间和子模块电压偏差与设定的权重确定各子模块的性能指标，依据性能指标评价各模块化多电平换流器的性能。

9.根据权利要求8所述的模块化多电平换流器的性能评价装置，其特征在于，所述电流抑制时间值系统闭锁至短路电流抑制到零的时长，电流抑制时间的表达式为其中，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，L为系统等效电感，C′为换流器等效电容，R_s为系统杂散电阻；所述子模块电压偏差指短路电流抑制到零后的子模块电压相对于额定电压的偏差值，所述子模块电压偏差的目标函数为其中，τ₁、ω₀、ω、α都为中间变量，τ₁＝2L/R_S，t为故障电流降为零的时刻，U_c2为闭锁后的子模块等效反向电动势，C′为换流器等效电容，I₂为闭锁时刻的故障电流峰值，U₀为子模块额定电压，L为系统等效电感，R_s为系统杂散电阻。

10.根据权利要求8所述的模块化多电平换流器的性能评价装置，其特征在于，该评价装置还包括对各子模块的成本评价的单元，所述成本包括初期投资成本和系统运行成本。