CN108599222B - 一种模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法 - Google Patents

一种模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法，包括以下步骤：1)确定在预充电起始阶段模块化多电平换流器中充电电流最大的相；2)确定模块化多电平换流器交流侧中各相电流与与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系；3)根据步骤2)得预充电起始阶段最大充电电流的表达式；4)得预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式；5)预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式得到模块化多电平换流器限流电阻的大小，完成模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算，该方法能够准确计算得到限流电阻的大小。

Description

一种模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法
技术领域
本发明属于电力系统输配电应用领域，涉及一种模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法。
背景技术
2001年，A.Lesnicar等人提出了模块化多电平结构的电压源换流器(modularmultilevel converter，MMC)。基于MMC的柔性直流输电技术除了具有能够实现有功无功独立控制，同时具有输出电压谐波含量少，无需滤波器，模块化结构扩展性强，容易实现冗余控制等一系列优势，因而直流输电成为MMC的重要应用领域，除此以外MMC在电力拖动、静止无功补偿等领域也有着重要的应用。
MMC拓扑的每个子模块中都含有一个悬浮电容，在高压场景下，子模块的工作需要依赖于自取能电源，在充电的初始阶段子模块电容不带电，自取能电源无法启动，所以给子模块电容预充电是所有基于MMC的柔性直流输电系统正常运行所必须的阶段。预充电的方式主要分为自励预充电和它预预充电两种，它预充电由于需要额外的辅助直流充电电源，经济性较差，所以目前主流的预充电方式是利用电网线电压直接充电的自励预充电方式。由于预充电起始阶段，电容电压很低，直接在电网线电压作用下的预充电会产生很大的充电电流，容易造成相应设备和器件的过流。因此，为了限制充电电流，必须在预充电阶段外加限流电阻，限流电阻数值的选择主要考虑两个因素：设备的容量和充电时间。限流电阻过小，则不能满足限流的要求，容易造成相应设备超出额定容量；限流电阻过大，一方面造成预充电时间过长，系统启动缓慢，另一方面则经济性较差。
所以如何简便有效的计算出限流电阻的大小，为限流电阻的选型提供依据，具有较强的工程实际意义。现有的关于预充电限流电阻参数计算方面的研究，都是将预充电回路简化为单个线电压作用下的RLC串并联电路，这种简化会引起较大的误差，造成限流限流电阻的计算值要小于实际要求值，直接按照这种计算结果选型会给设备安全带来隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法，该方法能够准确计算得到限流电阻的大小。
为达到上述目的，本发明所述的模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法包括以下步骤：
1)确定在预充电起始阶段模块化多电平换流器中充电电流最大的相；
2)确定模块化多电平换流器交流侧中各相电流与与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系；
3)根据步骤2)确定得到的模块化多电平换流器交流侧中各相电流与与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系得预充电起始阶段最大充电电流的表达式；
4)根据预充电起始阶段最大充电电流的表达式将预充电起始阶段的充电回路等效为RLC串联电路，再忽略预充电起始阶段充电电流中的振荡分量，保留预充电起始阶段充电电流中的稳态周期分量，将模块化多电平换流器交流侧相电压的峰值代入预充电起始阶段最大充电电流的表达式中，得预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式；
5)预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式得到模块化多电平换流器限流电阻的大小，完成模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算。
步骤1)的具体操作为：在预充电起始阶段，比较模块化多电平换流器中各相电压的大小关系，确定模块化多电平换流器各桥臂的电流方向，以判断在预充电起始阶段模块化多电平换流器中充电电流最大的相。
步骤3)的具体操作为：根据步骤2)确定得到的模块化多电平换流器交流侧中各相电流与与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系构建预充电电流最大的相与其余两相之间的KCL及KVL方程，再根据KCL及KVL方程得预充电起始阶段最大充电电流的表达式。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法在具体操作时，根据模块化多电平换流器交流侧中各相电流与与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系得预充电起始阶段最大充电电流的表达式，然后忽略预充电起始阶段充电电流中的振荡分量，即可得到预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式，然后根据预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式确定模块化多电平换流器限流电阻的大小，以提高计算的准确性。
附图说明
图1为模块化多电平换流器的拓扑结构图；
图2为预充电起始阶段充电电流回路的分析图；
图3为预充电起始阶段充电电流回路的等效RLC串联电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1、图2及图3，随着预充电过程的进行，子模块电容电压逐渐提高，串联的子模块电容电压与交流侧电网线电压极性相反，对充电电流起阻碍作用，所以充电电流的最大值出现在预充电过程的起始阶段。下面结合图2详细说明本发明所述的模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法，具体包括以下步骤：
1)在预充电起始阶段，比较模块化多电平换流器中各相电压的大小关系，确定模块化多电平换流器各桥臂的电流方向，以判断在预充电起始阶段模块化多电平换流器中充电电流最大的相；
如图2所示，假设预充电起始时刻a相电压最高，则a相电流方向为电网流向换流器，其余两相的电流方向为换流器流向电网，由KCL知a相电流为b、c两相电流之和，故a相为预充电起始时刻充电电流最大的相。
2)确定模块化多电平换流器交流侧中各相电流与与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系；
如图2所示，预充电起始阶段，各桥臂串联子模块分别用桥臂电容Ckl(k＝a,b,c；l＝p,n)代替，各桥臂电容的值不完全相同，各桥臂电容的值取决于子模块的类型及该时刻桥臂电流的方向，在桥臂子模块类型相同的情况下，电流方向相同的各桥臂等效电容相等，则有：
Cap＝Cbn＝Ccn＝C1 (1)
Can＝Cbp＝Ccp＝C2 (2)
预充电起始时刻，桥臂电容不带电，并且桥臂电容的容抗跟桥臂电抗的感抗相比很小，故认为预充电起始时刻，各相上桥臂电流均分，则有：
Figure GDA0002912383270000051
iak＝ibk+ick(k＝p,n) (4)
ia＝ib+ic (5)
3)根据步骤2)确定得到的模块化多电平换流器交流侧中各相电流与与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系构建预充电电流最大的相与其余两相之间的KCL及KVL方程，再根据KCL及KVL方程得预充电起始阶段最大充电电流的表达式为：
Figure GDA0002912383270000061
Figure GDA0002912383270000062
其中，Rlim为限流电阻，Rs及Ls分别为系统电阻及系统电抗，Lb为桥臂电抗，uab及uac分别为a相、b相和a相、c相线电压的瞬时值，联立式(1)-(7)得：
Figure GDA0002912383270000063
4)根据预充电起始阶段最大充电电流的表达式将预充电起始阶段的充电回路等效为RLC串联电路，再忽略预充电起始阶段充电电流中的振荡分量，保留预充电起始阶段充电电流中的稳态周期分量，将模块化多电平换流器交流侧相电压的峰值代入预充电起始阶段最大充电电流的表达式中，得预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式；
由式(8)可得等效的RLC串联电路如附图3所示，其中，等效电源电压us＝3ua，等效电阻Re＝3(Rlim+Rs),等效电感
Figure GDA0002912383270000064
等效电容
Figure GDA0002912383270000065
在预充电起始阶段，电容及电感均不带电，此时等值电路近似为零状态的二阶RLC回路，结合电路及数学知识可求得充电电流如式(9)～(11)所示，包括稳态分量ip和振荡衰减分量ih。
i＝ip+ih (9)
Figure GDA0002912383270000066
Figure GDA0002912383270000067
其中，
Figure GDA0002912383270000071
U为交流侧相电压有效值，
Figure GDA0002912383270000072
一般情况下Re>>Le，因此振荡分量ih衰减很快，因此可忽略不计，即：
Figure GDA0002912383270000073
5)预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式得到模块化多电平换流器限流电阻的大小，完成模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算，其中，
Figure GDA0002912383270000074
对于特定的模块化多电平换流器及交流系统而言，U、Le、Ce及Rs均为已知参数，只需根据相应设备的容量及器件的通流能力给定imax，代入式(13)即可算出所需限流电阻的大小。

Claims (2)

1.一种模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)判断在预充电起始阶段模块化多电平换流器中充电电流最大的相；
2)确定模块化多电平换流器交流侧中各相电流与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系；
预充电起始阶段，各桥臂串联子模块的等效电容分别用桥臂电容Ckl代替，k＝a，b，c；l＝p，n，a、b、c分别表示a相、b相及c相，p和n分别表示上桥臂及下桥臂，各桥臂电容的值不完全相同，各桥臂电容的值取决于子模块的类型及当前时刻桥臂电流的方向，在桥臂子模块类型相同的情况下，电流方向相同的各桥臂等效电容相等，则有：
Cap＝Cbn＝Ccn＝C1 (1)
Can＝Cbp＝Ccp＝C2 (2)
其中，C1及C2分别代表电流方向相同的各桥臂等效电容；
预充电起始时刻，桥臂电容不带电，并且桥臂电容的容抗跟桥臂电抗的感抗相比很小，故认为预充电起始时刻，各相上桥臂电流均分，则有：
Figure FDA0002912383260000011
iak＝ibk+ick，k＝p，n (4)
ia＝ib+ic (5)
imp及imn分别为m相上下桥臂的电流，im为交流侧m相的线电流，iak、ibk及ick分别为与abc三相相连的三个桥臂中上下桥臂的电流，
3)根据步骤2)确定得到的模块化多电平换流器交流侧中各相电流与其对应桥臂电流之间的关系、模块化多电平换流器交流侧中各桥臂电流之间的关系及模块化多电平换流器交流侧中各相电流之间的关系得预充电起始阶段最大充电电流的表达式：
Figure FDA0002912383260000021
Figure FDA0002912383260000022
其中，w为频率，Rlim为限流电阻，Rs及Ls分别为系统电阻及系统电抗，Lb为桥臂电抗，uab及uac分别为a相、b相和a相、c相线电压的瞬时值，联立式(1)-(7)得：
Figure FDA0002912383260000023
其中，ua为交流侧a相电压；
4)根据预充电起始阶段最大充电电流的表达式将预充电起始阶段的充电回路等效为RLC串联电路，再忽略预充电起始阶段充电电流中的振荡衰减分量，保留预充电起始阶段充电电流中的稳态分量，将模块化多电平换流器交流侧相电压的峰值代入预充电起始阶段最大充电电流的表达式中，得预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式；
由式(8)得等效的RLC串联电路，其中，等效电源电压us＝3ua，等效电阻Re＝3(Rlim+Rs),等效电感
Figure FDA0002912383260000024
等效电容
Figure FDA0002912383260000025
在预充电起始阶段，电容及电感均不带电，此时等值电路近似为零状态的二阶RLC回路，结合电路及数学知识可求得充电电流如式(9)～(11)所示，包括稳态分量ip和振荡衰减分量ih；
i＝ip+ih (9)
Figure FDA0002912383260000031
Figure FDA0002912383260000032
其中，t为时间，i为充电电流，
Figure FDA0002912383260000033
U为交流侧相电压有效值，
Figure FDA0002912383260000034
一般情况下，Re>>Le，因此振荡衰减分量ih衰减很快，因此忽略不计，即：
Figure FDA0002912383260000035
其中，imax为最大充电电流；
5)由预充电起始阶段最大充电电流的具体表达式得到模块化多电平换流器限流电阻的大小，完成模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算，其中，
Figure FDA0002912383260000036
对于特定的模块化多电平换流器及交流系统而言，U、Le、Ce及Rs均为已知参数，只需根据相应设备的容量及器件的通流能力给定imax，代入式(13)，得所需限流电阻的大小。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器预充电限流电阻的参数计算方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：在预充电起始阶段，比较模块化多电平换流器中各相电压的大小关系，确定模块化多电平换流器各桥臂的电流方向，以判断在预充电起始阶段模块化多电平换流器中充电电流最大的相。
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CN117040082B (zh) * 2023-10-08 2024-01-05 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 M3c换流器桥臂非侵入式预充电方法、装置、设备及介质

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