[发明专利]模块化多电平柔性直流输电功率运行区间的优化设计方法

摘要

本发明涉及一种模块化多电平柔性直流输电功率运行区间的优化设计方法，属于柔性直流输电技术领域。先分析和推导了子模块电容电压波动、电压调制比、储能需求以及阀通流能力与功率运行点之间的函数关系；由储能需求、调制比和阀通流能力约束绘制出各功率运行边界，取交集得到优化的MMC‑HVDC功率运行区间。该方法能够去掉由子模块电容电压波动约束界定的功率运行区间中会引起直流母线电压过压或桥臂输出电压失真的运行点，从而保证MMC‑HVDC输电系统平稳安全运行。

主权项

1.一种模块化多电平柔性直流输电功率运行区间的优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)根据换流器储能需求与功率运行点之间的关系，由额定储能容量确定功率运行边界；桥臂瞬时能量波动ΔWp的表达式为式中，S为视在功率；m称为电压调制比；ω为基波角频率；为功率因数角；为防止桥臂输出电压失真和直流母线电压过压，单个桥臂最小储能需求Wmax为 W m a x = k m a x 2 ΔW m a x k max 2 - m a x ( m p 2 - λ r p k m a x 2 1 - λ r p ) ]]>式中，kmax为子模块电容电压上限因子；而三相MMC包含6个桥臂，定义单位容量的MMC储能需求Wrated为 W r a t e d = 6 S W m a x ]]>当m，ω和kmax一定，将代入Wrated，则deWtar是仅关于功率P、Q的二维函数；已知一个桥臂子模块数量N，子模块电容大小C，额定电压Uc和换流器额定容量SN，则定义换流器额定储存能量与SN的比值Wrated.max为 W r a t e d . m a x = 6 S N × N 2 CU c 2 ]]>在不同功率运行点，单位容量的MMC储能需求应满足Wrated≤Wrated.max求解隐函数Wrated＝Wrated.max，可以得到一条功率运行边界；(2)根据电压调制比与功率运行点之间的关系，由电压调制比约束确定功率运行边界；在系统参数确定的条件下，电压调制比与功率运行点之间需符合下面不等式 P 2 + ( Q + 3 U g 2 X T ) 2 ≤ ( 3 m m a x U g U d c 2 2 X T ) 2 ]]>式中，mmax为最大电压调制比；Ug为电网相电压有效值；Udc为直流母线电压；连接电抗上式表明换流器的功率运行边界是：以为圆心，半径为的圆弧轨迹；(3)计及阀通流能力的换流器功率运行区间的数学表达式如下P2+Q2≤(ksSN)2式中，ks为换流阀通流能力系数；此时换流器的功率运行边界是以原点为圆心，以ksSN为半径的圆；(4)对根据步骤(1)、(2)和(3)绘制的各约束条件下功率运行边界取交集，即得到优化的MMC-HVDC功率运行区间。