基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法及系统技术方案

技术编号：41718259 阅读：16 留言：0更新日期：2024-06-19 12:44

本发明专利技术公开了一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法及系统，属于电力电子技术领域，该方法以降低直流电压等级和MMC可靠性为目标，建立柔性直流输电系统的主回路参数多目标优化函数，根据MMC换流器稳态运行原理并结合MMC换流器的主器件参数选择原则，确定主回路参数的约束条件；基于多目标遗传算法对约束条件下的多目标优化函数进行求解，得到主回路参数的最优配置参数，根据最优配置参数对主回路进行优化配置；该方法能够在短时间内进行多次迭代，提升了参数设计的合理性并合理规划系统的电压等级，也满足了实际系统设计的高可靠性要求。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子领域，具体为基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法及系统。

技术介绍

1、直流输电(high voltage direct current，hvdc)技术是将电能通过直流电的方式进行传输，在大容量、远距离、灵活输电等方面具有良好的技术经济性。近十余年来，中国直流输电技术发展迅速，经过若干工程的成功实践，技术水平已达到国际领先。柔性直流输电技术是采用全控型电力电子器件的电压源换流器型高压直流输电(voltage sourceconverter based hvdc，vsc-hvdc)技术，其优势在于可以接入有源和无源系统，提供稳定电压支撑，不存在换相失败问题，能够灵活调控有功、无功功率，可大幅提升交流系统接入新能源的能力，是电网柔性互联、大规模新能源汇集等场景的技术方案之一。中国柔性直流输电技术从“零”起步，在经历若干工程实践后得到了快速发展。

2、现有基于模块化多电平换流器(mmc)的新能源经柔直外送系统主接线与主回路的方案较为成熟，但特高压大容量送出、混合直流送出、多端直流送出等多场景以及多个系统强度下的主接线方案选择和主回路参数设计方法均为确定换流站输送容量和直流电压等级后再进行换流站器件参数的选取，没有充分利用器件的裕度，缺乏从参数设计角度降低直流电压等级此外，现有主回路参数设计主要从稳态和暂态指标进行研究，主接线方案选择缺乏系统级的可靠性量化对比评估，对于参数裕度的选择需要从可靠性角度对参数的进一步优化设计，以提高系统的可靠性。

技术实现思路</p>

1、针对柔性直流输电系统主回路参数设计忽略高可靠性要求的问题，本专利技术提出一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，对系统的电压等级合理优化，提高系统的可靠性。

2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，包括如下步骤：

4、建立柔性直流输电系统的主回路参数多目标优化函数；

5、根据mmc换流器稳态运行原理并结合mmc换流器的主器件参数选择原则，确定主回路参数的约束条件；

6、基于多目标遗传算法对主回路参数约束条件下的多目标优化函数进行求解，得到主回路参数的最优配置参数，根据最优配置参数对主回路进行优化配置。

7、优选的，以降低直流电压等级和增加mmc可靠性为目标，建立柔性直流输电系统的主回路参数多目标优化函数。

8、优选的，所述mmc换流器可靠性的优化函数建立方法如下：

9、采用mmc换流器的电压应力对igbt和电容的故障率进行修正，根据修正后的igbt和电容的故障率确定mmc换流器的子模块λsm的故障率函数，根据子模块λsm的故障率函数确定可靠性的优化函数。

10、优选的，所述主回路参数的约束条件的确定方法如下：

11、根据mmc换流器的主器件参数选择原则建立电容和电感的约束条件，根据换流器稳态运行原理确定柔性直流输电系统运行的约束条件，根据电容和电感的约束条件和柔性直流输电系统运行的约束条件，得到主回路参数的约束条件。

12、优选的，所述mmc换流器的主器件包括电容和电感，其参数选择原则包括桥臂电感抑制二倍频环流因素，电容电压的波动控制范围因素，以及避免换流器各相单元之间的环流谐振因素，根据各因素建立电容和电感的约束条件。

13、优选的，所述桥臂电感抑制二倍频环流因素的电感参数约束条件：

14、

15、其中，l为桥臂电感，c0为子模块电容；un为换流站额定电压，udc为直流侧电压，idc为直流侧电流，u0为子模块电容电压的直流分量；ω为交流系统角频率，二倍频环流的幅值应维持在额定电流γ倍以下，一般取20％。

16、所述电容电压允许波动范围因素的电容参数约束条件：

17、

18、其中，s为换流站容量，m为电压调制比，n为子模块个数，ε为子模块电容电压波动量相对基值u0的比例上限。

19、所述避免换流器各相单元之间的环流谐振ωres因素的电容和电感约束；

20、

21、优选的，所述柔性直流输电系统运行的约束条件确定方法如下：

22、根据换流站输送功率、直流电压与igbt通流能力之间的制约关系，确定柔性直流输电系统运行的约束条件。

23、优选的，所述柔性直流输电系统运行的约束条件的表达式如下：

24、sdc＝αudcipa

25、其中，sdc为换流站输送的直流功率，ipa为a相上桥臂电流有效值，α取值范围为1.061～1.17，由x*确定。

26、

27、其中，x为交流系统出口处到换流器交流测出口的电抗，x*为电抗标幺值。

28、优选的，采用nsga-ⅱ多目标遗传算法对多目标优化函数进行求解。

29、一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化系统，包括，

30、多目标优化模块，用于建立柔性直流输电系统的主回路参数多目标优化函数；

31、边界约束模块，用于根据mmc换流器稳态运行原理并结合mmc换流器的主器件参数选择原则，确定主回路参数的约束条件；

32、配置模块，用于基于多目标遗传算法对约束条件下的多目标优化函数进行求解，得到主回路参数的最优配置参数，根据最优配置参数对主回路进行优化配置。

33、10.根据权利要求9所述一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化系统，其特征在于，所述边界约束模块，根据mmc换流器的主器件参数选择原则建立电容和电感的约束条件，根据换流器稳态运行原理确定柔性直流输电系统运行的约束条件，根据电容和电感的约束条件和柔性直流输电系统运行的约束条件，得到主回路参数的约束条件。

34、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：

35、本专利技术提出一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，考虑系统设计中低电压等级和高可靠性的要求，建立主回路参数多目标优化函数，根据换流器稳态运行原理以及分析换流器主器件参数的选择原则设计主回路参数的约束条件，并作为遗传算法的边界约束条件，利用nsga-ⅱ遗传算法对mmc换流器的关键器件参数进行迭代优化，得到在边界条件下的换流器的关键器件参数最优值。该方法能够在很短的时间内进行多次迭代，提升了参数设计的合理性并合理规划系统的输送容量和电压等级，也满足了实际系统设计的高可靠性要求。

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【技术保护点】

1.一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，以降低直流电压等级和增加MMC可靠性为目标，建立柔性直流输电系统的主回路参数多目标优化函数。

3.根据权利要求2所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述MMC换流器可靠性的优化函数建立方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述主回路参数的约束条件的确定方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述MMC换流器的主器件包括电容和电感，其参数选择原则包括桥臂电感抑制二倍频环流因素，电容电压的波动控制范围因素，以及避免换流器各相单元之间的环流谐振因素，根据各因素建立电容和电感的约束条件。

6.根据权利要求5所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述桥臂电感抑制二倍频环流因素的电感参数约束条件：

7.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述柔性直流输电系统运行的约束条件确定方法如下：

8.根据权利要求7所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述柔性直流输电系统运行的约束条件的表达式如下：

9.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对多目标优化函数进行求解。

10.一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化系统，其特征在于，包括，

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【技术特征摘要】

1.一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，以降低直流电压等级和增加mmc可靠性为目标，建立柔性直流输电系统的主回路参数多目标优化函数。

3.根据权利要求2所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述mmc换流器可靠性的优化函数建立方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述主回路参数的约束条件的确定方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于可靠性的柔性直流输电系统主回路参数优化方法，其特征在于，所述mmc换流器的主器件包括电容和电感，其参数选择原则包括桥臂电感抑制二倍频环流因素，电容电压的波动控制范围因素...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃，梁倩，陈广金，樊林禛，赵峥，李风漠，李润田，尚勇，王森，吴子豪，王辰曦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：

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