CN113868894B - 一种用于确定mmc型直流融冰装置最大无功容量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，它包括：根据直流电阻值计算等效的融冰电阻，根据线路直流融冰电流计算所需有功容量和直流融冰电压；根据融冰装置交流侧线电压及波动范围、直流融冰电压、模块直流运行电压和模块最大调制比计算所需的桥臂模块数量；根据交流侧线电压计算桥臂电流交流分量、桥臂电流直流分量和桥臂电流有效值；根据桥臂模块数量及有功功率计算单模块的电容量；根据桥臂有效电流在无功运行模式下MMC装置可视为两套并联的无功补偿装置计算无功容量；确定无功容量对应的模块电容进行核算得模块电容量；最后确定最大无功容量；解决了不能推算出满足融冰工况条件下最大无功容量等技术问题。

Description

一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法

技术领域

本发明属于大功率电力电子装备领域，具体涉及一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法。

背景技术

随着近年来直流融冰及电力电子技术的发展，不断涌现出了基于新型拓扑的新型直流融冰装置，其在功率密度、控制性能、电能质量等方面有大幅提升，其中以MMC型直流融冰装置尤为突出，由于其拓扑结构天然兼具融冰、无功补偿功能，设备日常运行的可用率大幅提升，因而在近年得到了较为广泛的应用，成为主流的新型方案。对于一种新型装置，如何充分利用其性能特点，最大程度发挥功率器件能力，获取最好的性价比，在工程应用方面是非常值得研究的；MMC型融冰装置的主要参数，包括有功、无功、融冰电压、融冰电流之间存在较强的耦合关系，需要依据多维度的耦合关系，以满足工程需求为前提，获取最佳的设计参数；但是现有技术中，由于MMC型融冰装置参数众多，没有合理有效的满足内外部参数的耦合关系；没有充分发挥MMC型直流融冰装置有功、无功解耦控制的特性，因此不能推算出满足融冰工况条件下最大无功容量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，以解决现有技术由于MMC型融冰装置参数众多，没有合理有效的满足内外部参数的耦合关系；没有充分发挥MMC型直流融冰装置有功、无功解耦控制的特性，因此不能推算出满足融冰工况条件下最大无功容量等技术问题。

本发明技术方案为：

一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，它包括：

步骤1、设定所需融冰线路的直流电阻值为R，线路直流融冰电流为I_dc，直流融冰电压为U_dc，交流系统线电压为U_ac；根据直流电阻值R，计算等效的融冰电阻R_eq，根据线路直流融冰电流U_dc，计算所需有功容量为所需直流融冰电压为U_dc＝I_dc*R_eq；

步骤2、根据融冰装置交流侧线电压U_ac及波动范围U_{ac_min}～U_{ac_max}、直流融冰电压U_dc、模块直流运行电压U_c、模块最大调制比D，计算所需的桥臂模块数量N；

步骤3、根据交流侧线电压，计算桥臂电流交流分量、桥臂电流直流分量和桥臂电流有效值；

步骤4、根据桥臂模块数量及有功功率P，计算单模块的电容量C1；

步骤5、根据桥臂有效电流，在无功运行模式下，MMC装置可视为两套并联的无功补偿装置，计算无功容量；

步骤6、确定无功容量对应的模块电容进行核算得模块电容量C2；

步骤7、确定最大无功容量；确定最大无功容量的确定方法为：如C2＜C1，则Q即为MMC型直流融冰装置可输出的最大无功容量；如C2＞C1，则MMC型直流融冰装置最大无功容量为

桥臂模块数量N的计算公式为：

桥臂电流交流分量的计算公式为：

桥臂电流直流分量的计算公式为：

I_{dc_h}＝I_dc*0.333；

桥臂电流有效值的计算计算公式为：

电容量C1的计算公式为：

式中

所述无功容量的计算公式为：

Q＝2*U_ac*1.732*I_{rms_h}。

模块电容量C2的计算公式为：

根据步骤1-8计算出的有功功率、无功功率，即可确定MMC装置的有功无功运行范围，通过协调控制即可实现融冰、无功的同时输出。

本发明的有益效果：

本发明无功容量指在满足融冰条件且不改变硬件配置条件下，融冰装置所具备的最大无功输出能力；本发明详细阐述了MMC型直流融冰装置内外部参数的耦合关系，给出了满足融冰工况条件下推算最大无功容量的步骤，可充分发挥MMC型直流融冰装置有功、无功解耦控制的特性，提高设备可用率。

解决了现有技术由于MMC型融冰装置参数众多，没有合理有效的满足内外部参数的耦合关系；没有充分发挥MMC型直流融冰装置有功、无功解耦控制的特性，因此不能推算出满足融冰工况条件下最大无功容量等技术问题。

附图说明

图1为本发明MMC型融冰装置结构示意图。

具体实施方式

一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，用于依据工程需求确定MMC型直流融冰装置的有功容量及最大无功容量，确定装置运行的PQ圆，设定所需融冰线路的直流电阻值为R，线路直流融冰电流为I_dc，直流融冰电压为U_dc，交流系统线电压为U_ac，MMC型直流融冰装置的容量确定步骤为：

S1：根据所述直流电阻值R，以及融冰接线的1-1、1-2接线方式，计算等效的融冰电阻R_eq，根据线路直流融冰电流I_dc，计算所需有功容量为所需直流融冰电压为U_dc＝I_dc*R_eq；

S2:根据融冰装置交流侧线电压U_ac及其波动范围U_{ac_min}～U_{ac_max}、直流融冰电压U_dc、模块直流运行电压U_c、模块最大调制比D，计算所需的桥臂模块数量N，

对计算所得值向上取整数，即得桥臂数量N值；

S3:根据步骤2所述交流侧线电压，可计算桥臂电流交流分量为：

桥臂电流直流分量为：

I_{dc_h}＝I_dc*0.333

桥臂电流有效值为：

S4:根据桥臂模块数量及有功功率P，计算单模块的电容量C1，式中

S5:根据步骤3所计算的桥臂有效电流，在无功运行模式下，MMC装置可视为两套并联的无功补偿装置，无功容量为

Q＝2*U_ac*1.732*I_{rms_h}

S6:对步骤5所确定无功容量对应的模块电容进行核算，可得模块电容量C2，

S7:如C2<C1，则Q即为MMC型直流融冰装置可输出的最大无功容量；如C2>C1，则MMC型直流融冰装置最大无功容量为

S8:根据步骤1及步骤8所计算出的有功功率、无功功率，即可确定MMC装置的有功无功运行范围，通过协调控制即可实现融冰、无功的同时输出。

本实施例采用以下具体参数说明：

10kV交流系统，直流融冰电流I_dc＝1kA，融冰线路直流电阻R_eq＝12Ω(融冰线路按1-1接线方式)，依据上述步骤有：

S1：融冰线路直流融冰电压为U_dc＝I_dc*R_eq＝1*12＝12kV，融冰装置直流功率为

S2:融冰装置交流侧线10kV系统电压波动范围为8kV～12kV、直流融冰电压U_dc＝12kV、交流系统最高电压U_{ac_min}＝12kV模块直流运行电压U_c＝0.9kV、模块最大调制比D＝0.95，按如下公式计算，桥臂模块数量为N＝20

S3:根据步骤2所述交流侧线电压U_{ac_min}＝8V，可计算桥臂电流交流分量为：

桥臂电流直流分量为：

I_{dc_h}＝I_dc*0.333＝333A

桥臂电流有效值为：

S4:根据桥臂模块数量及有功功率P，计算单模块的电容量C1，式中

S5:根据步骤3所计算的桥臂有效电流I_{rms_h}＝546A，在无功运行模式下，MMC装置可视为两套并联的无功补偿装置，无功容量为

S6:对步骤5所确定无功容量对应的模块电容进行核算，可得模块电容量C2，

S7:由于无功运行模式下模块电容量C2小于融冰模式下模块电容量C1，即该MMC型直流融冰装置可输出的最大无功容量为18.91Mvar。

S8:根据步骤1及步骤8所计算出的有功功率、无功功率，即可绘制出MMC型直流融冰装置的PQ圆，即有功无功运行范围，MMC型直流融冰装置即可在此范围内运行，实现融冰、无功输出的协调控制。

Claims (8)

1.一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，它包括：

步骤1、设定所需融冰线路的直流电阻值为R，线路直流融冰电流为I_dc，直流融冰电压为U_dc，交流系统线电压为U_ac；根据直流电阻值R，计算等效的融冰电阻R_eq，根据线路直流融冰电流U_dc，计算所需有功容量为所需直流融冰电压为U_dc＝I_dc*R_eq；

步骤2、根据融冰装置交流侧线电压U_ac及波动范围U_{ac_min}～U_{ac_max}、直流融冰电压U_dc、模块直流运行电压U_c、模块最大调制比D，计算所需的桥臂模块数量N；

步骤3、根据交流侧线电压，计算桥臂电流交流分量、桥臂电流直流分量和桥臂电流有效值；

步骤4、根据桥臂模块数量及有功功率P，计算单模块的电容量C1；

步骤5、根据桥臂有效电流，在无功运行模式下，MMC装置可视为两套并联的无功补偿装置，计算无功容量；

步骤6、确定无功容量对应的模块电容进行核算得模块电容量C2；

步骤7、确定最大无功容量；确定最大无功容量的确定方法为：如C2＜C1，则Q即为MMC型直流融冰装置可输出的最大无功容量；如C2＞C1，则MMC型直流融冰装置最大无功容量为

2.根据权利要求1所述的一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，其特征在于：桥臂模块数量N的计算公式为：

3.根据权利要求1所述的一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，其特征在于：桥臂电流交流分量的计算公式为：

桥臂电流直流分量的计算公式为：

I_{dc_h}＝I_dc*0.333；

桥臂电流有效值的计算计算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，其特征在于：电容量C1的计算公式为：

式中

5.根据权利要求3所述的一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，其特征在于：所述无功容量的计算公式为：

Q＝2*U_ac*1.732*I_{rms_h}。

6.根据权利要求3所述的一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，其特征在于：模块电容量C2的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，其特征在于：根据步骤1-8计算出的有功功率、无功功率，即可确定MMC装置的有功无功运行范围，通过协调控制即可实现融冰、无功的同时输出。

8.根据权利要求1所述的一种用于确定MMC型直流融冰装置最大无功容量的方法，其特征在于：所述MMC型直流融冰装置采用基于全桥模块、半桥模块的混合拓扑结构。