CN115249974A - 一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法 - Google Patents

一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115249974A
CN115249974A CN202211024466.6A CN202211024466A CN115249974A CN 115249974 A CN115249974 A CN 115249974A CN 202211024466 A CN202211024466 A CN 202211024466A CN 115249974 A CN115249974 A CN 115249974A
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter station
current
loss
direct current
active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211024466.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115249974B (zh
Inventor
张远实
钱文妍
章飞
李扬
汤奕
周吉
钱俊良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liyang Research Institute of Southeast University
Original Assignee
Liyang Research Institute of Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liyang Research Institute of Southeast University filed Critical Liyang Research Institute of Southeast University
Priority to CN202211024466.6A priority Critical patent/CN115249974B/zh
Publication of CN115249974A publication Critical patent/CN115249974A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115249974B publication Critical patent/CN115249974B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，属于柔性直流输电领域。该方法首先给出根据换流站交流侧电流计算换流站损耗计算公式；利用换流站直流侧电流表示换流站交流侧电流；再计算包含不同子模块类型的MMC换流站导通状态电阻引起的传导损耗；然后计算包含不同子模块类型的MMC换流站由饱和电压引起的传导损耗和开关损耗组成的线性电流相关损耗最后计算不同子模块类型的MMC换流站交流侧注入有功。本发明与传统AC‑DC交替迭代算法相比，在保证交直流潮流解计算精度的情况下，大大减小了计算负担，提高了潮流计算效率。

Description

一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种基于直流电流的MMC换流站有功损耗计算方法。
背景技术
基于电压源型换流站（VSC）的高压直流（HVDC）输电是将大规模可再生能源（如海上风力发电）集成到现有交流电网的关键使能技术之一。模块化多电平换流站（MMC）等VSCHVDC技术的发展为实现交流和多端HVDC互联电网带来了新的机遇。AC-DC电网被视为区域间绿色能源高速公路，具有前所未有的传输效率和可控性。
潮流研究为我们提供了整个系统运行状态的快照，并广泛用于电力系统规划、扩建以及经济运行（最佳AC-DC潮流）。此外，潮流研究对于确定交直流电网小信号和暂态稳定性分析的初始稳态运行点至关重要。AC-DC潮流算法主要有两种，即交替迭代法和统一迭代法。与统一迭代算法相比，AC-DC交替迭代算法可以方便地将直流潮流算法合并到现有的交流潮流软件包中。然而，AC-DC交替迭代需要平衡节点迭代（SBI）来更新每次AC-DC潮流迭代时直流平衡节点的换流站损耗。当直流电网采用下垂控制方案时，多个直流平衡节点共同承担主从控制中平衡节点的作用，即下垂节点起到分布式直流平衡节点的作用，从而大大提高了直流电网的可靠性。然而，与SBI类似，AC-DC交替迭代算法需要下垂节点迭代（DBI）。随着下垂节点数量的增加，SBI/DBI迭代解变得复杂，并造成AC-DC交替迭代算法计算负担过大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统AC-DC交替迭代需要平衡节点迭代或下垂节点迭代（SBI/DBI）来更新每次AC-DC潮流迭代时直流平衡节点的换流站损耗，随着下垂节点数量的增加，SBI/DBI迭代解变得复杂，造成AC-DC交替迭代算法计算负担过大，如何在AC-DC交替迭代算法中利用潮流计算结果消除SBI/DBI本发明需要解决的关键技术问题。本发明提出了一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，推导了一个针对不同子模块类型换流站的广义换流站有功损耗的解析公式，可基于直流潮流计算结果推导不同类型的MMC换流站有功损耗的解析公式，省去了传统交替迭代法中的直流平衡节点迭代/下垂节点迭代（SBI/DBI）步骤。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，具体步骤包括：
步骤S1：给出根据换流站交流侧电流计算换流站损耗计算公式；
步骤S2：利用换流站直流侧电流表示换流站交流侧电流；
步骤S3：计算包含不同子模块类型的MMC换流站导通状态电阻引起的传导损耗，并计算步骤S1中公式的二次项系数；
步骤S4：计算包含不同子模块类型的MMC换流站由饱和电压引起的传导损耗和开关损耗组成的线性电流相关损耗，并计算步骤S1中公式的一次项系数；
步骤S5：将步骤S2得到的换流站直流侧电流表示换流站交流侧电流公式代入步骤S1得到的公式，得到根据换流站直流侧电流直接计算包含不同子模块类型的MMC换流站损耗的公式；
步骤S6：由步骤S5得到的公式，根据计算包含不同子模块类型的MMC换流站直流侧注入有功，计算其交流侧注入有功，省去了传统交替迭代法中的直流平衡节点迭代/下垂节点迭代（SBI/DBI）步骤。
进一步地，步骤S1的具体方法是，根据交流侧电流计算换流站有功损耗公式，直接计算换流站损耗
Figure 627802DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 459623DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 553439DEST_PATH_IMAGE004
分别是第i个换流站的常系数、一次系数和二次系数，
Figure 128908DEST_PATH_IMAGE005
是换流站交流侧电流。
进一步地，步骤S2的具体方法是，
换流站交流侧有功注入功率
Figure 920278DEST_PATH_IMAGE006
表示为：
Figure 923000DEST_PATH_IMAGE007
(2)
式中
Figure 167031DEST_PATH_IMAGE008
为功率因数；m是交流电压调制指数，
Figure 218295DEST_PATH_IMAGE009
是直流电压；
直流侧功率
Figure 801854DEST_PATH_IMAGE010
表示为：
Figure 568953DEST_PATH_IMAGE011
(3)
其中
Figure 237963DEST_PATH_IMAGE012
为直流电流；
假设交流和直流侧功率相等，忽略换流站损耗，换流站交流侧电流
Figure 748709DEST_PATH_IMAGE013
用直流电流
Figure 249092DEST_PATH_IMAGE014
表示为：
Figure 124775DEST_PATH_IMAGE015
(4)。
进一步地，步骤S3的具体方法是，
步骤S31：假设MMC的循环电流抑制控制正确，换流站上桥臂电流
Figure 874557DEST_PATH_IMAGE016
表示为：
Figure 392257DEST_PATH_IMAGE017
(5)
其中
Figure 747146DEST_PATH_IMAGE018
为换流站相电流；
换流站相电流
Figure 590468DEST_PATH_IMAGE018
表示为：
Figure 30808DEST_PATH_IMAGE019
(6)
其中
Figure 617778DEST_PATH_IMAGE020
是上桥臂电流
Figure 623911DEST_PATH_IMAGE021
的相位角的余弦；
将(4)和(6)代入(5)，可得：
Figure 106976DEST_PATH_IMAGE022
(7)
步骤S32：假设绝缘栅双极晶体管IGBT和二极管的导通电阻相同，换流站桥臂电阻
Figure 831350DEST_PATH_IMAGE023
表示为：
Figure 690853DEST_PATH_IMAGE024
(8)
其中N是每个桥臂中子模块总数；
Figure 958017DEST_PATH_IMAGE025
是全桥子模块个数与每个桥臂中子模块总数N的百分比；
Figure 143142DEST_PATH_IMAGE026
表示换流站桥臂电抗器的电阻，
Figure 885970DEST_PATH_IMAGE027
是绝缘栅双极晶体管IGBT和二极管的导通状态电阻；
导通状态电阻引起的传导损耗
Figure 979126DEST_PATH_IMAGE028
表示为：
Figure 366376DEST_PATH_IMAGE029
(9)
其中
Figure 925664DEST_PATH_IMAGE030
为上桥臂电流
Figure 359051DEST_PATH_IMAGE031
的相位角，
Figure 622673DEST_PATH_IMAGE030
等于
Figure 395588DEST_PATH_IMAGE032
，其中
Figure 391357DEST_PATH_IMAGE033
为角速度，
Figure 515302DEST_PATH_IMAGE034
为时间；
将(7)和(8)代入(9)，得到：
Figure 254719DEST_PATH_IMAGE035
(10)
根据(10)，(1)中的第i个换流站二次系数
Figure 944457DEST_PATH_IMAGE036
表示为：
Figure 579969DEST_PATH_IMAGE037
(11)。
进一步地，步骤S4的具体方法是，
步骤S41：换流站上桥臂电流
Figure 253527DEST_PATH_IMAGE038
的过零相位角
Figure 796635DEST_PATH_IMAGE039
根据(7)计算为：
Figure 12984DEST_PATH_IMAGE040
(12)
桥臂电流的平均绝对值
Figure 678452DEST_PATH_IMAGE041
根据(4)、(7)和(12)计算为：
Figure 245830DEST_PATH_IMAGE042
(13)
其中
Figure 671258DEST_PATH_IMAGE043
定义为：
Figure 414217DEST_PATH_IMAGE044
(14)
步骤S42：假设IGBT和二极管的饱和电压
Figure 985007DEST_PATH_IMAGE045
相同，换流站桥臂饱和电压
Figure 39681DEST_PATH_IMAGE046
表示为：
Figure 659013DEST_PATH_IMAGE047
(15)
其中
Figure 443429DEST_PATH_IMAGE048
是IGBT和二极管的饱和电压；
饱和电压引起的传导损耗
Figure 185120DEST_PATH_IMAGE049
如下所示：
Figure 54987DEST_PATH_IMAGE050
(16)
开关损耗可以解析估计为：
Figure 805906DEST_PATH_IMAGE051
(17)
其中
Figure 444828DEST_PATH_IMAGE052
是每个子模块的开关频率，
Figure 802825DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 691146DEST_PATH_IMAGE054
是IGBT导通、关断和二极管反向恢复能量；
Figure 714597DEST_PATH_IMAGE055
和
Figure 942447DEST_PATH_IMAGE056
是开关能量的参考电压和电流；
步骤S43：基于(16)，(17)，饱和电压引起的传导损耗和开关损耗组合为线性电流相关损耗
Figure 760362DEST_PATH_IMAGE057
，如下所示：
Figure 870400DEST_PATH_IMAGE058
(18)
根据(18)，(1)中的
Figure 369646DEST_PATH_IMAGE059
可以由下式给出
Figure 983161DEST_PATH_IMAGE060
(19)
其中
Figure 503135DEST_PATH_IMAGE061
是二极管反向恢复能量。
进一步地，步骤S5的具体方法是，
在忽略换流站损耗的情况下，用直流电流
Figure 38153DEST_PATH_IMAGE062
代替(1)中的
Figure 75510DEST_PATH_IMAGE063
，得到：
Figure 543532DEST_PATH_IMAGE064
(20)
将(4)、(11)和(19)代入(1)，导出第i个换流站的二次系数和一次系数
Figure 499986DEST_PATH_IMAGE065
与
Figure 319038DEST_PATH_IMAGE066
分别为：
Figure 97769DEST_PATH_IMAGE067
(21)
Figure 498926DEST_PATH_IMAGE068
(22)。
进一步地，步骤S6的具体方法是，换流站直流侧注入有功与交流侧注入有功之间的关系为：
Figure 360702DEST_PATH_IMAGE069
(23)
其中
Figure 135891DEST_PATH_IMAGE070
为第i个换流器损耗，
Figure 374106DEST_PATH_IMAGE071
为该节点对应等效复阻抗损耗，
Figure 816720DEST_PATH_IMAGE072
为直流侧有功注入功率，
Figure 52660DEST_PATH_IMAGE073
为交流侧有功注入功率，通过将(1)转化为(20)，利用已知的直流电流计算换流站损耗；将(4)代入复等效阻抗损耗计算公式：
Figure 846304DEST_PATH_IMAGE074
(24)
式中
Figure 560313DEST_PATH_IMAGE075
为该节点对应等效复阻抗损耗；
Figure 388592DEST_PATH_IMAGE076
为该节点电导；
Figure 857750DEST_PATH_IMAGE077
为该节点电导，
Figure 873111DEST_PATH_IMAGE078
为该节点换流器电流；由此由直流潮流计算结果直接计算得到交流侧有功注入，替代了SBI/DBI的步骤。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明提出了一种基于直流电流的MMC换流站有功损耗计算方法，该算法针对含有不同类型子模块的MMC换流站，提出了一个基于直流电流的广义MMC换流站有功损耗解析公式，可由直流潮流计算结果直接计算得到MMC换流站有功损耗，并计算相应交流侧有功注入，消除了传统AC-DC交替迭代算法中的SBI/DBI步骤；与传统AC-DC交替迭代算法相比，在保证交直流潮流解计算精度的情况下，大大减小了计算负担，提高了潮流计算效率。
附图说明
图1是与6端MTDC网络互连的IEEE新英格兰39节点交流系统；
图2是具有不同拓扑结构子模块的MMC电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明提出了一种基于直流电流的MMC换流站有功损耗计算方法，该算法针对含有不同类型子模块的MMC换流站，提出了一个基于直流电流的广义MMC换流站有功损耗解析公式，可由直流潮流计算结果直接计算得到MMC换流站有功损耗，并计算相应交流侧有功注入，消除了传统AC-DC交替迭代算法中的SBI/DBI步骤。
如图1所示，所述广义MMC换流站包括半桥、全桥与混合半桥和全桥三种不同子模块类型，其有功损耗计算公式推导步骤如下：
步骤S1：根据交流侧电流计算换流站有功损耗公式，直接计算换流站损耗
Figure 656390DEST_PATH_IMAGE079
为：
Figure 339175DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中，
Figure 651339DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 419575DEST_PATH_IMAGE004
分别是第i个换流站的常系数、一次系数和二次系数，
Figure 272125DEST_PATH_IMAGE005
是换流站交流侧电流。
步骤S2：利用换流站直流侧电流表示换流站交流侧电流，具体方法是，
换流站交流侧有功注入功率
Figure 809416DEST_PATH_IMAGE006
表示为：
Figure 558061DEST_PATH_IMAGE007
(2)
式中
Figure 751276DEST_PATH_IMAGE008
为功率因数；m是交流电压调制指数，
Figure 696533DEST_PATH_IMAGE009
是直流电压；
直流侧功率
Figure 557172DEST_PATH_IMAGE010
表示为：
Figure 804614DEST_PATH_IMAGE011
(3)
其中
Figure 688388DEST_PATH_IMAGE012
为直流电流；
假设交流和直流侧功率相等，忽略换流站损耗，换流站交流侧电流
Figure 679477DEST_PATH_IMAGE013
用直流电流
Figure 925782DEST_PATH_IMAGE014
表示为：
Figure 812967DEST_PATH_IMAGE015
(4)。
步骤S3：计算包含不同子模块类型的MMC换流站导通状态电阻引起的传导损耗，并计算步骤S1中公式的二次项系数，具体方法是：
步骤S31：假设MMC的循环电流抑制控制正确，换流站上桥臂电流
Figure 511932DEST_PATH_IMAGE016
表示为：
Figure 775555DEST_PATH_IMAGE017
(5)
其中
Figure 610787DEST_PATH_IMAGE018
为换流站相电流；
换流站相电流
Figure 668872DEST_PATH_IMAGE018
表示为：
Figure 323976DEST_PATH_IMAGE019
(6)
其中
Figure 391289DEST_PATH_IMAGE020
是上桥臂电流
Figure 346607DEST_PATH_IMAGE021
的相位角的余弦；
将(4)和(6)代入(5)，可得：
Figure 44435DEST_PATH_IMAGE022
(7)
步骤S32：假设绝缘栅双极晶体管IGBT和二极管的导通电阻相同，换流站桥臂电阻
Figure 983573DEST_PATH_IMAGE023
表示为：
Figure 261101DEST_PATH_IMAGE024
(8)
其中N是每个桥臂中子模块总数；
Figure 602084DEST_PATH_IMAGE025
是全桥子模块个数与每个桥臂中子模块总数N的百分比；
Figure 205235DEST_PATH_IMAGE026
表示换流站桥臂电抗器的电阻，
Figure 631668DEST_PATH_IMAGE027
是绝缘栅双极晶体管IGBT和二极管的导通状态电阻；
导通状态电阻引起的传导损耗
Figure 40784DEST_PATH_IMAGE080
表示为：
Figure 970694DEST_PATH_IMAGE029
(9)
其中
Figure 744746DEST_PATH_IMAGE030
为上桥臂电流
Figure 658475DEST_PATH_IMAGE081
的相位角，
Figure 340123DEST_PATH_IMAGE030
等于
Figure 390119DEST_PATH_IMAGE032
，其中
Figure 866231DEST_PATH_IMAGE082
为角速度，
Figure 1677DEST_PATH_IMAGE083
为时间；
将(7)和(8)代入(9)，得到：
Figure 893541DEST_PATH_IMAGE035
(10)
根据(10)，(1)中的第i个换流站二次系数
Figure 532463DEST_PATH_IMAGE036
表示为：
Figure 586001DEST_PATH_IMAGE037
(11)。
步骤S4：计算包含不同子模块类型的MMC换流站由饱和电压引起的传导损耗和开关损耗组成的线性电流相关损耗，并计算步骤S1中公式的一次项系数，具体方法是：
步骤S41：换流站上桥臂电流
Figure 84110DEST_PATH_IMAGE038
的过零相位角
Figure 904298DEST_PATH_IMAGE039
根据(7)计算为：
Figure 397728DEST_PATH_IMAGE040
(12)
桥臂电流的平均绝对值
Figure 746801DEST_PATH_IMAGE041
根据(4)、(7)和(12)计算为：
Figure 325681DEST_PATH_IMAGE042
(13)
其中
Figure 394964DEST_PATH_IMAGE043
定义为：
Figure 742900DEST_PATH_IMAGE044
(14)
步骤S42：假设IGBT和二极管的饱和电压
Figure 262874DEST_PATH_IMAGE045
相同，换流站桥臂饱和电压
Figure 63471DEST_PATH_IMAGE046
表示为：
Figure 959883DEST_PATH_IMAGE047
(15)
其中
Figure 959063DEST_PATH_IMAGE048
是IGBT和二极管的饱和电压；
饱和电压引起的传导损耗
Figure 853201DEST_PATH_IMAGE049
如下所示：
Figure 141094DEST_PATH_IMAGE050
(16)
开关损耗可以解析估计为：
Figure 44459DEST_PATH_IMAGE051
(17)
其中
Figure 898145DEST_PATH_IMAGE052
是每个子模块的开关频率，
Figure 25501DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 269532DEST_PATH_IMAGE054
是IGBT导通、关断和二极管反向恢复能量；
Figure 242167DEST_PATH_IMAGE055
和
Figure 153622DEST_PATH_IMAGE056
是开关能量的参考电压和电流；
步骤S43：基于(16)，(17)，饱和电压引起的传导损耗和开关损耗组合为线性电流相关损耗
Figure 389563DEST_PATH_IMAGE057
，如下所示：
Figure 324152DEST_PATH_IMAGE084
(18)
根据(18)，(1)中的
Figure 507003DEST_PATH_IMAGE059
可以由下式给出
Figure 804123DEST_PATH_IMAGE060
(19)
其中
Figure 945385DEST_PATH_IMAGE061
是二极管反向恢复能量。
步骤S5：将步骤S2得到的换流站直流侧电流表示换流站交流侧电流公式代入步骤S1得到的公式，得到根据换流站直流侧电流直接计算包含不同子模块类型的MMC换流站损耗的公式，具体方法是，
在忽略换流站损耗的情况下，用直流电流
Figure 226325DEST_PATH_IMAGE062
代替(1)中的
Figure 540763DEST_PATH_IMAGE063
，得到：
Figure 426810DEST_PATH_IMAGE064
(20)
将(4)、(11)和(19)代入(1)，导出第i个换流站的二次系数和一次系数
Figure 66870DEST_PATH_IMAGE085
与
Figure 303948DEST_PATH_IMAGE086
分别为：
Figure 156497DEST_PATH_IMAGE067
(21)
Figure 693789DEST_PATH_IMAGE068
(22)。
步骤S6：由步骤S5得到的公式，根据计算包含不同子模块类型的MMC换流站直流侧注入有功，计算其交流侧注入有功，省去了传统交替迭代法中的直流平衡节点迭代/下垂节点迭代（SBI/DBI）步骤。具体方法是，换流站直流侧注入有功与交流侧注入有功之间的关系为：
换流站直流侧注入有功与交流侧注入有功之间的关系为：
Figure 973592DEST_PATH_IMAGE087
(23)
其中
Figure 963544DEST_PATH_IMAGE088
为第i个换流器损耗，
Figure 619785DEST_PATH_IMAGE071
为该节点对应等效复阻抗损耗，
Figure 480425DEST_PATH_IMAGE072
为直流侧有功注入功率，
Figure 931129DEST_PATH_IMAGE073
为交流侧有功注入功率，通过将(1)转化为(20)，利用已知的直流电流计算换流站损耗；将(4)代入复等效阻抗损耗计算公式：
Figure 877219DEST_PATH_IMAGE089
(24)
式中
Figure 602730DEST_PATH_IMAGE075
为该节点对应等效复阻抗损耗；
Figure 114613DEST_PATH_IMAGE076
为该节点电导；
Figure 205060DEST_PATH_IMAGE077
为该节点电导，
Figure 435185DEST_PATH_IMAGE078
为该节点换流器电流。由此由直流潮流计算结果直接计算得到交流侧有功注入，替代了SBI/DBI的步骤。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤S1：给出根据换流站交流侧电流计算换流站损耗计算公式；
步骤S2：利用换流站直流侧电流表示换流站交流侧电流；
步骤S3：计算包含不同子模块类型的MMC换流站导通状态电阻引起的传导损耗，并计算步骤S1中公式的二次项系数；
步骤S4：计算包含不同子模块类型的MMC换流站由饱和电压引起的传导损耗和开关损耗组成的线性电流相关损耗，并计算步骤S1中公式的一次项系数；
步骤S5：将步骤S2得到的换流站直流侧电流表示换流站交流侧电流公式代入步骤S1得到的公式，得到根据换流站直流侧电流直接计算包含不同子模块类型的MMC换流站损耗的公式；
步骤S6：由步骤S5得到的公式，根据计算包含不同子模块类型的MMC换流站直流侧注入有功，计算其交流侧注入有功，省去了传统交替迭代法中的直流平衡节点迭代/下垂节点迭代步骤。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，其特征在于：步骤S1的具体方法是，根据交流侧电流计算换流站有功损耗公式，直接计算换流站损耗
Figure 764585DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 665545DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中，
Figure 352879DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 743409DEST_PATH_IMAGE004
分别是第i个换流站的常系数、一次系数和二次系数，
Figure 414561DEST_PATH_IMAGE005
是换流站交流侧电流。
3.根据权利要求2所述的一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，其特征在于：步骤S2的具体方法是，
换流站交流侧有功注入功率
Figure 384791DEST_PATH_IMAGE006
表示为：
Figure 192210DEST_PATH_IMAGE007
(2)
式中
Figure 488063DEST_PATH_IMAGE008
为功率因数；m是交流电压调制指数，
Figure 177670DEST_PATH_IMAGE009
是直流电压；
直流侧功率
Figure 748328DEST_PATH_IMAGE010
表示为：
Figure 675833DEST_PATH_IMAGE011
(3)
其中
Figure 611428DEST_PATH_IMAGE012
为直流电流；
假设交流和直流侧功率相等，忽略换流站损耗，换流站交流侧电流
Figure 991594DEST_PATH_IMAGE013
用直流电流
Figure 38047DEST_PATH_IMAGE014
表示为：
Figure 85638DEST_PATH_IMAGE015
(4)。
4.根据权利要求3所述的一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，其特征在于：步骤S3的具体方法是，
步骤S31：假设MMC的循环电流抑制控制正确，换流站上桥臂电流
Figure 457713DEST_PATH_IMAGE016
表示为：
Figure 856334DEST_PATH_IMAGE017
(5)
其中
Figure 972057DEST_PATH_IMAGE018
为换流站相电流；
换流站相电流
Figure 405312DEST_PATH_IMAGE018
表示为：
Figure 948289DEST_PATH_IMAGE019
(6)
其中
Figure 303047DEST_PATH_IMAGE020
是上桥臂电流
Figure 488041DEST_PATH_IMAGE021
的相位角的余弦；
将(4)和(6)代入(5)，可得：
Figure 713486DEST_PATH_IMAGE022
(7)
步骤S32：假设绝缘栅双极晶体管IGBT和二极管的导通电阻相同，换流站桥臂电阻
Figure 716381DEST_PATH_IMAGE023
表示为：
Figure 89593DEST_PATH_IMAGE024
(8)
其中N是每个桥臂中子模块总数；
Figure 281540DEST_PATH_IMAGE025
是全桥子模块个数与每个桥臂中子模块总数N的百分比；
Figure 627071DEST_PATH_IMAGE026
表示换流站桥臂电抗器的电阻，
Figure 511850DEST_PATH_IMAGE027
是绝缘栅双极晶体管IGBT和二极管的导通状态电阻；
导通状态电阻引起的传导损耗
Figure 575621DEST_PATH_IMAGE028
表示为：
Figure 367997DEST_PATH_IMAGE029
(9)
其中
Figure 568034DEST_PATH_IMAGE030
为上桥臂电流
Figure 623715DEST_PATH_IMAGE031
的相位角，
Figure 705940DEST_PATH_IMAGE030
等于
Figure 239690DEST_PATH_IMAGE032
，其中
Figure 559812DEST_PATH_IMAGE033
为角速度，
Figure 786394DEST_PATH_IMAGE034
为时间；
将(7)和(8)代入(9)，得到：
Figure 559178DEST_PATH_IMAGE035
(10)
根据(10)，(1)中的第i个换流站二次系数
Figure 162198DEST_PATH_IMAGE036
表示为：
Figure 602407DEST_PATH_IMAGE037
(11)。
5.根据权利要求4所述的一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，其特征在于：步骤S4的具体方法是，
步骤S41：换流站上桥臂电流
Figure 531048DEST_PATH_IMAGE038
的过零相位角
Figure 322287DEST_PATH_IMAGE039
根据(7)计算为：
Figure 728997DEST_PATH_IMAGE040
(12)
桥臂电流的平均绝对值
Figure 23713DEST_PATH_IMAGE041
根据(4)、(7)和(12)计算为：
Figure 326518DEST_PATH_IMAGE042
(13)
其中
Figure 339473DEST_PATH_IMAGE043
定义为：
Figure 18716DEST_PATH_IMAGE044
(14)
步骤S42：假设IGBT和二极管的饱和电压
Figure 433517DEST_PATH_IMAGE045
相同，换流站桥臂饱和电压
Figure 703961DEST_PATH_IMAGE046
表示为：
Figure 469792DEST_PATH_IMAGE047
(15)
其中
Figure 687147DEST_PATH_IMAGE048
是IGBT和二极管的饱和电压；
饱和电压引起的传导损耗
Figure 222033DEST_PATH_IMAGE049
如下所示：
Figure 601062DEST_PATH_IMAGE050
(16)
开关损耗可以解析估计为：
Figure 323031DEST_PATH_IMAGE051
(17)
其中
Figure 875235DEST_PATH_IMAGE052
是每个子模块的开关频率，
Figure 999048DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 345716DEST_PATH_IMAGE054
是IGBT导通、关断和二极管反向恢复能量；
Figure 820560DEST_PATH_IMAGE055
和
Figure 379717DEST_PATH_IMAGE056
是开关能量的参考电压和电流；
步骤S43：基于(16)，(17)，饱和电压引起的传导损耗和开关损耗组合为线性电流相关损耗
Figure 358037DEST_PATH_IMAGE057
，如下所示：
Figure 610027DEST_PATH_IMAGE058
(18)
根据(18)，(1)中的
Figure 103325DEST_PATH_IMAGE059
可以由下式给出
Figure 466174DEST_PATH_IMAGE060
(19)
其中
Figure 564580DEST_PATH_IMAGE061
是二极管反向恢复能量。
6.根据权利要求5所述的一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，其特征在于：步骤S5的具体方法是，
在忽略换流站损耗的情况下，用直流电流
Figure 784208DEST_PATH_IMAGE062
代替(1)中的
Figure 233644DEST_PATH_IMAGE063
，得到：
Figure 134604DEST_PATH_IMAGE064
(20)
将(4)、(11)和(19)代入(1)，导出第i个换流站的二次系数和一次系数
Figure 87517DEST_PATH_IMAGE065
与
Figure 681309DEST_PATH_IMAGE066
分别为：
Figure 86883DEST_PATH_IMAGE067
(21)
Figure 588271DEST_PATH_IMAGE068
(22)。
7.根据权利要求6所述的一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法，其特征在于：步骤S6的具体方法是，换流站直流侧注入有功与交流侧注入有功之间的关系为：
Figure 130111DEST_PATH_IMAGE069
(23)
其中
Figure 894805DEST_PATH_IMAGE070
为第i个换流器损耗，
Figure 53253DEST_PATH_IMAGE071
为该节点对应等效复阻抗损耗，
Figure 561595DEST_PATH_IMAGE072
为直流侧有功注入功率，
Figure 489100DEST_PATH_IMAGE073
为交流侧有功注入功率，通过将(1)转化为(20)，利用已知的直流电流计算换流站损耗；将(4)代入复等效阻抗损耗计算公式：
Figure 955853DEST_PATH_IMAGE074
(24)
式中
Figure 336019DEST_PATH_IMAGE075
为该节点对应等效复阻抗损耗；
Figure 382473DEST_PATH_IMAGE076
为该节点电导；
Figure 430063DEST_PATH_IMAGE077
为该节点电导，
Figure 802138DEST_PATH_IMAGE078
为该节点换流器电流。
CN202211024466.6A 2022-08-25 2022-08-25 一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法 Active CN115249974B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211024466.6A CN115249974B (zh) 2022-08-25 2022-08-25 一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211024466.6A CN115249974B (zh) 2022-08-25 2022-08-25 一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115249974A true CN115249974A (zh) 2022-10-28
CN115249974B CN115249974B (zh) 2023-05-30

Family

ID=83699482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211024466.6A Active CN115249974B (zh) 2022-08-25 2022-08-25 一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115249974B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103715935A (zh) * 2013-11-27 2014-04-09 国家电网公司 一种基于模块化多电平电压源型换流器的损耗确定方法
CN105811771A (zh) * 2014-12-30 2016-07-27 国家电网公司 一种基于mmc隔离型dc/dc变换器开关损耗的确定方法
CN106936152A (zh) * 2016-09-28 2017-07-07 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 考虑换流站损耗特性的交直流系统电压无功协调控制方法
CN107370412A (zh) * 2017-07-26 2017-11-21 西安交通大学 一种模块化多电平换流器功率模块的通态损耗计算方法
CN107846023A (zh) * 2017-12-05 2018-03-27 江苏省电力试验研究院有限公司 一种改进的网损等值负荷直流最优潮流计算方法
CN108108550A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 全球能源互联网研究院有限公司 柔性直流输电综合损耗计算方法
US20200295563A1 (en) * 2017-12-07 2020-09-17 Nr Electric Co., Ltd. Voltage and current control method and device for direct-current power transmission system
CN112733071A (zh) * 2021-01-29 2021-04-30 重庆大学 Nlc调制下mmc换流阀的动态损耗与总体损耗计算方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103715935A (zh) * 2013-11-27 2014-04-09 国家电网公司 一种基于模块化多电平电压源型换流器的损耗确定方法
CN105811771A (zh) * 2014-12-30 2016-07-27 国家电网公司 一种基于mmc隔离型dc/dc变换器开关损耗的确定方法
CN106936152A (zh) * 2016-09-28 2017-07-07 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 考虑换流站损耗特性的交直流系统电压无功协调控制方法
CN107370412A (zh) * 2017-07-26 2017-11-21 西安交通大学 一种模块化多电平换流器功率模块的通态损耗计算方法
CN107846023A (zh) * 2017-12-05 2018-03-27 江苏省电力试验研究院有限公司 一种改进的网损等值负荷直流最优潮流计算方法
US20200295563A1 (en) * 2017-12-07 2020-09-17 Nr Electric Co., Ltd. Voltage and current control method and device for direct-current power transmission system
CN108108550A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 全球能源互联网研究院有限公司 柔性直流输电综合损耗计算方法
CN112733071A (zh) * 2021-01-29 2021-04-30 重庆大学 Nlc调制下mmc换流阀的动态损耗与总体损耗计算方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU YANG 等: "Loss Calculation Method of Modular Multilevel HVDC Converters", 2011 IEEE ELECTRICAL POWER AND ENERGY CONFERENCE *
XUEKUN MENG 等: "A Universal Blocking-Module-Based Average Value Model of Modular Multilevel Converters With Different Types of Submodules", IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION *
李强;庞辉;贺之渊;: "模块化多电平换流器损耗与结温的解析计算方法", 电力系统自动化 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115249974B (zh) 2023-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lüth et al. High-frequency operation of a DC/AC/DC system for HVDC applications
Li et al. Loss calculation method and loss characteristic analysis of MMC based VSC-HVDC system
Majumdar et al. Design and implementation of a single-source 17-level inverter for a single-phase transformer-less grid-connected photovoltaic systems
CN104320011A (zh) 具备直流故障穿越能力的混合子模块式mmc换流器
Sadigh et al. Investigation of conduction and switching power losses in modified stacked multicell converters
CN103324843A (zh) 一种适用于不同子模块类型的mmc阀损耗计算方法
CN104615842B (zh) 一种全桥型模块化多电平换流器功率器件损耗计算方法
CN103248261A (zh) 模块化多电平换流器的环流抑制方法
CN108233403B (zh) 基于准比例谐振调节器的mmc双回路环流抑制方法
CN112886840B (zh) 一种模块化多电平变换器损耗优化控制方法
CN112016043B (zh) 模块化多电平换流器的稳态故障电流的计算方法
Kaya et al. A push–pull series connected modular multilevel converter for HVdc applications
CN112001142B (zh) 一种半桥型模块化多电平换流器的实时仿真方法
CN113193766A (zh) 一种并联变流器集群的环流抑制直接预测控制方法及系统
Barrero-González et al. Three-Level T-type Quasi-Z source PV grid-tied inverter with active power filter functionality under distorted grid voltage
Zhang et al. The use of analytical converter loss formula to eliminate DC slack/droop bus iteration in sequential AC-DC power flow algorithm
Yang et al. Unified selective harmonic elimination for fundamental frequency modulated multilevel converter with unequal DC levels
Yoon et al. An Input-Series Output-Series Noninverting Buck–Boost Converter for 1500 V DC Bus with Wide Input and Output Voltage Ranges
CN116054186B (zh) 复杂场景下混合型多功能并网变流器系统及控制方法
CN107863781B (zh) 一种模块化多电平换流阀损耗确定方法及简化方法
CN115249974A (zh) 一种基于直流电流的换流站有功损耗计算方法
CN116094352A (zh) Mmc型vsc-hvdc系统子模块平均频率优化控制方法
CN113346783B (zh) 一种开关电感z源中点嵌位型三电平逆变器
Wang et al. H5+ converter: A bidirectional AC–DC converter with DC-fault-blocking and self-pre-charge capabilities
Falahi Design, Modeling and Control of Modular Multilevel Converter based HVDC Systems.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant