模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模和计算方法技术

本发明专利技术涉及模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模和计算方法，1)、假定其中一个子模块的电容电压出现波动，由Uc变为ΔUc，ΔUc＝Uc+A×Uc，其中，A为电容电压的不一致系数；2)、当子模块因电容波动造成其输入阻抗与其他子模块输入阻抗不一致时，计算该子模块的电容电压Uc′，并计算电压变化率ΔA；3)、当A＝ΔA，计算A的值A1；4)、将A1代入到Uc+A1×Uc≥X中，得出均压电阻的阻值的取值范围。然后根据得到的取值范围代入已知量计算得出阻值。利用该均压电阻，能够有效防止当该子模块的电容电压出现波动时导致的整个桥臂中所有的子模块电容电压发散的后果，避免了系统跳闸停运，提高了系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模和计算方法，属于电力系统柔性输配电和电力电子

技术介绍
随着电力电子器件及其控制理论与技术的快速发展，模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)作为一种新型、技术先进的电压源换流器，以其优越的模块化设计、良好的扩展性等优势，近年来在直流输电领域得到越来越广泛的实际应用。模块化多电平换流器每个桥臂由几十甚至数百个子模块组成，由于每个桥臂上的子模块是串联关系，所以当桥臂内的某个单个子模块的电容电压发生波动时，可能会导致整个桥臂中所有子模块的电容电压发散，进而导致继电保护装置误跳闸的后果，影响到正常输配电。为了能够有效缓解上述问题，在每个子模块内均设置有一个均压电阻，如图1所示，子模块内部电容、均压电阻和恒功率负载Pcon为并联关系。子模块均压电阻作为子模块内部重要器件，在换流器运行时对桥臂内部子模块之间的均压起关键作用，如何设计选定子模块均压电阻阻值，使之完全满足换流器桥臂内部子模块均压要求，同时又具有经济性，是模块化多电平换流器子模块设计中的一个重要工作。如果模块化多电平换流器子模块均压电阻设计不合理，当单个子模块电容电压发生波动时，桥臂内部子模块电容电压不一致，也会导致整个桥臂中所有子模块电容电压发散，直至电压较低的子模块掉电导致系统跳闸停运，给输配电带来较大的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值计算方法，用以解决模块化多电平换流器子模块均压电阻设计不合理可能带来的系统跳闸停运的问题。本专利技术同时提供一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法，包括以下步骤：1)、假定其中一个子模块的电容电压出现波动，由Uc变为ΔUc，ΔUc＝Uc+A×Uc，其中，A为电容电压的不一致系数；2)、当所述子模块因电容波动造成其输入阻抗与其他子模块输入阻抗不一致时，计算该子模块的电容电压U′c，并计算电压变化率ΔA，3)、设定所述不一致系数等于所述电压变化率，即A＝ΔA，计算A的值A1；4)、将所述A1代入到Uc+A1×Uc≥X中，得出均压电阻的阻值的取值范围，X为一设定阈值。所述步骤1)中，当所述子模块的电容电压为Uc时，其子模块输入阻抗Rin的计算公式如下：Rin=RaveUc2Pcon(Rave+Uc2Pcon),]]>其中，Rave为该子模块的均压电阻的阻值，Pcon为子模块恒功率负载功率；当所述子模块的电容电压为ΔUc时，对应的子模块输入阻抗R′in的计算公式如下：Rin′=(1+A)2RaveUc2PconRave+(1+A)2Uc2;]]>由于电容电压差异造成的子模块输入阻抗的变化率B的计算公式如下：B=Rin′-RinRin=A(2+A)PconRavePconRave+(1+A)2Uc2.]]>所述步骤2)中，所述电容电压U′c的计算公式如下：Uc′=NUc(1+B)B+N=(1+A)2N(PconRave+Uc2)(2A+A2+N)PconRave+(1+A)2NUc2;]]>所述电压变化率ΔA的计算公式如下：ΔA=Uc′-UcUc=A(2+A)(-1+N)PconRave(2A+A2+N)PconRave+(1+A)2NUc2;]]>其中，N为桥臂子模块个数。所述步骤3)中，当A＝ΔA时，计算得到的A1为：A1=(-2PconRave+NPconRave-NUc2)/(PconRave+NUc2).]]>所述步骤4)中，所述设定阈值为Ulow，将所述A1的值代入到以下公式：Uc+A1×Uc≥Ulow，得出均压电阻Rave的取值范围：Rave≤NUc2UlowPcon(NUc-Ulow-Uc);]]>其中，Ulow为子模块恒功率负载工作电压范围的下限值。一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值计算方法，利用Rave≤NUc2UlowPcon(NUc-Ulow-Uc)]]>计算均压电阻的阻值；其中，Rave为所述均压电阻的阻值，Pcon为子模块恒功率负载功率，Uc为子模块的电容电压，Ulow为一设定值，N为桥臂子模块个数。所述Ulow为子模块恒功率负载工作电压范围的下限值。本专利技术提供了一种子模块中的均压电阻阻值的建模方法和计算方法，通过假定子模块的电容电压出现了一定程度的波动，然后根据该波动满足的条件得出均压电阻阻值的计算公式，然后根据得出的计算公式，将各个已知量代入到该计算公式中即可计算出均压电阻的阻值。该方法能够有效地根据子模块中的各个参数来确定均压电阻阻值的取值范围，然后根据取值范围选择合适的均压电阻。利用该均压电阻，能够有效防止当该子模块的电容电压出现波动时导致的整个桥臂中所有的子模块电容电压发散的后果，避免了系统跳闸停运，提高了系统可靠性。附图说明图1是模块化多电平换流器子模块的结构图；图2是模块化多电平换流器的一个桥臂的结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。如图1所示为模块化多电平换流器子模块的内部器件电气连接关系图，因为桥臂内的子模块均一样，所以以下以桥臂内的其中一个子模块为例，该子模块中，内部电容C、均压电阻Rave与子模块恒功率负载功率Pcon为并联关系，在子模块正常运行中，子模块电容电压U的工作范围为恒功率负载工作电压范围[Ulow，Uhigh]，其中，Ulow是子模块恒功率负载工作电压范围下限值，Uhigh是子模块恒功率负载工作电压范围上限值。恒功率负载功率Pcon包含子模块的控制系统以及电力电子器件驱动器所有板卡损耗。当该子模块电容电压为Uc时，计算子模块的输入阻抗Rin，计算公式如下：Rin=RaveUc2Pcon(Rave+Uc2Pcon).]]>假设该子模块电容电压存在波动，电容电压变为ΔUc，ΔUc＝Uc+A×Uc，A为电容电压不一致系数，计算此时子模块输入阻抗R′in，计算公式如下：Rin′=(1+A)2RaveUc2PconRave+(1+A)2Uc2.]]>所以，此时由于电容电压的差异造成的子模块输入阻抗的变化率B为：B=Rin′-RinRin=A(2+A)PconRavePconRave+(1+A)2Uc2.]]>该桥臂中流通的电流以及桥臂内子模块连接关系如图2所示，假设该桥臂中子模块个数为N，则当该子模块因电容波动造成其输入阻抗与桥臂内的其他子模块输入阻抗不<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、假定其中一个子模块的电容电压出现波动，由Uc变为ΔUc，ΔUc＝Uc+A×Uc，其中，A为电容电压的不一致系数；2)、当所述子模块因电容波动造成其输入阻抗与其他子模块输入阻抗不一致时，计算该子模块的电容电压U′c，并计算电压变化率ΔA，3)、设定所述不一致系数等于所述电压变化率，即A＝ΔA，计算A的值A1；4)、将所述A1代入到Uc+A1×Uc≥X中，得出均压电阻的阻值的取值范围，X为一设定阈值。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法，其特征在于，包括以下步
骤：
1)、假定其中一个子模块的电容电压出现波动，由Uc变为ΔUc，ΔUc＝Uc+A×Uc，其中，A
为电容电压的不一致系数；
2)、当所述子模块因电容波动造成其输入阻抗与其他子模块输入阻抗不一致时，计算
该子模块的电容电压U′c，并计算电压变化率ΔA，3)、设定所述不一致系数等于所述电压变化率，即A＝ΔA，计算A的值A1；
4)、将所述A1代入到Uc+A1×Uc≥X中，得出均压电阻的阻值的取值范围，X为一设定阈值。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法，其特征
在于，所述步骤1)中，当所述子模块的电容电压为Uc时，其子模块输入阻抗Rin的计算公式如
下：其中，Rave为该子模块的均压电阻的阻值，Pcon为子模块恒功率负载功率；
当所述子模块的电容电压为ΔUc时，对应的子模块输入阻抗R′in的计算公式如下：
Rin′=(1+A)2RaveUc2PconRave+(1+A)2Uc2;]]>由于电容电压差异造成的子模块输入阻抗的变化率B的计算公式如下：
B=Rin′-RinRin=A(2+A)PconRavePconRave+(1+A)2Uc2.]]>3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流器子模块均压电阻阻值建模方法，其特征
在于，所述步骤2)中，所述电容电压U′c的计算公式如下：
Uc′=NUc(1+B)B+N...

【专利技术属性】
技术研发人员：范彩云，甄帅，韩坤，司志磊，张志刚，刘路路，王宇丁，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41