PDF《模块化多电平换流器稳态功率运行范围的确定方法》

1 MMC ? H V D C额定运行点的确定 MMC一般要求在输送一定有功功率的同时, 能够向交流系统注入或吸收一定的无功功率, 从而 在换流器的稳态运行范围内实现四象限运行.为确 定换流器的稳态运行范围, 需要首先确定计算的基 准, 给出换流器的额定运行点. 以图1为例, 设U ? s 为交流系统电压, Ls 为交流 系统等值电感, 将换流变压器等效为一个理想变压 器与漏感Lt r串联, L0 为桥臂串联电感, 得到换流器 的等效连接电感 Le q=Lt r+L0 / 2.U ? l 为换流变压 器网侧电压, U ? v 为换流变压器阀侧电压, I ? v 为换流 变压器阀侧电流, E ? 为MMC 内部电动势构成的线

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1 第3 9卷第1 0期2015年5月2 5日Vol.39N o .

1 0 M a y2 5,

2 0

1 5 D O I :

1 0.

7 5

0 0 / A E P S

2 0

1 4

0 3

2 5

0 1

8 电压相量, 并且定义U ? v= Uv∠0 ° , E ? = E∠ α. 图1 MMC接入系统等效电路 F i g .

1 E q u i v a l e n t c i r c u i t o fMMCc o n n e c t i n g t oap o w e r s y s t e m 对于直流侧系统, Ud c为直流电压, Id c为直流电 流.同时定义 MMC输出电压调制比k 为: k= Ej Ud c

2 (

1 ) 式中: Ej( j=a , b , c ) 为换流器内部电动势e j ( 一般 为一工频正弦波) 的幅值. 由于Ej 相当于相电压.为了与图1中的交流 侧各量( 习惯上均为线电压) 保持一致, 需要进行一 定的换算, 即MMC 内部电动势构成的线电压有效 值E 满足: E =

3 2 Ej (

2 ) 设定公共耦合点(PCC) 的额定有功功率为Pv N, 额定无功功率为Qv N , 为计算方便, 在图1中将 这2个功率标注于等效后的理想变压器阀侧, 有Pv = Uv E s i nα Xe q (

3 ) Qv = Uv( E c o s α-Uv) Xe q (

4 ) 式中: 等效电抗 Xe q= ω( Lt r+L0 /

2 ) . 在计算换流器基本参数时, 选取基准值如下: Sb =SN = P2 v N +Q2 v N (

5 ) Uv b =Uv N (

6 ) Ul b =Ul N (

7 ) 式中: Sb, SN 分别为换流器的基准容量和额定容量;

Uv b, Uv N分别为换流变压器阀侧电压基准值和额 定值;

Ul b, Ul N分别为换流变压器网侧电压基准值和 额定值. 为了方便计算, 定义换流器输出电压增益为: λ= E Uv (

8 ) 因此, 可将功率表达式( 式( 3) 和式( 4) ) 改写为 标幺化形式: P? v = U?2 v λ s i nα X? e q (

9 ) Q? v = U?2 v ( λ c o s α-1 ) X? e q (

1 0 ) 根据式(9) 和式(10) , 在给定额定有功功率P? v N、 额定无功功率Q? v N和等效连接电抗 X? e q 的情况 下, 可以求得输出电压 E ? 的相角额定值αN 和换流 器输出电压增益额定值λN ( 额定工作点时, U? v = 1.

0 ) , 即αN =a r c t a n( P? v NX? e q 1+Q? v NX? e q ) (

1 1 ) λN = P? v NX? e q s i nαN (

1 2 ) 由于Sb= P2 v N+Q2 v N , 因此这里 P? v N 和Q? v N 均 不等于1. λN 仅仅是代表 MMC内部电动势EN 与 变压器阀侧电压Uv N 的比例, 要确定阀侧的额定电 压, 还需要给定内部电动势线电压的额定值 EN, 可 以根据式(

1 ) 和式(

2 ) 计算得到: EN =

3 2 kN Ud c N

2 (

1 3 ) 式中: kN 为MMC 的额定电压调制比;

Ud c N 为直流 电压额定值. 根据式(

1 2 ) 和式(

1 3) , 可以计算出换流变压器 阀侧电压的额定值为: Uv N = EN λN (

1 4 ) 由于式(

1 4 ) 是在换流器额定运行点计算得到的 换流变压器阀侧额定电压, 往往未必是整数, 因此最 终选定的阀侧额定电压接近但并不刚好等于式(

1 4 ) 计算的结果.当选定最终的额定电压后, 换流器如 果运行于其他功率点, MMC 的内部电动势 E ? 的幅 值和相角就会发生变化.为此还必须在设计的 P ? Q 运行范围内的各边界点, 对E ? 的幅值和相角是否 越限进行校验.而要判断E ? 是否越限, 首先需要确 定其可行范围.