本發(fā)明涉及交流電網(wǎng)潮流控制，具體為一種無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和電力需求的增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)正朝著高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電的方向發(fā)展；然而，大規(guī)模電力系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，包括線路重載、電壓波動(dòng)、輸電瓶頸等，電力工業(yè)面臨三大挑戰(zhàn)：電力需求的增加與電源地理位置的不均勻分布造成了新建電力線路的限制，要求提高現(xiàn)有線路的傳輸容量并保持其運(yùn)行在穩(wěn)定極限附近；線路參數(shù)分布不均引起的系統(tǒng)超負(fù)荷和電壓質(zhì)量下降，需要在不影響安全與穩(wěn)定的前提下優(yōu)化電力系統(tǒng)的可傳輸容量；系統(tǒng)中頻繁的功率變化增加了電網(wǎng)控制的復(fù)雜性，要求對(duì)輸電潮流進(jìn)行優(yōu)化，全局考慮電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式。

2、現(xiàn)有柔性互聯(lián)裝置存在成本高、體積大、運(yùn)行效率低等問題，限制了其在輸電網(wǎng)中的應(yīng)用；為了解決這些問題，研究人員提出了一種無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置(mtsnop)；mtsnop由串聯(lián)變換器和并聯(lián)級(jí)聯(lián)多級(jí)變換器(cmi)組成，具有無需變壓器、重量輕、高效率、成本低、端口易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)；mtsnop主回路參數(shù)選擇是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，合理參數(shù)可以有效改善系統(tǒng)性能，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)性；目前，國(guó)內(nèi)外尚未有mtsnop主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方案，因此對(duì)其進(jìn)行研究對(duì)于探索mtsnop在復(fù)雜網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)具有重要意義，很有必要對(duì)無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本技術(shù)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述存在的問題，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)中傳輸容量差，電壓質(zhì)量低，以及如何設(shè)計(jì)無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)方法的問題。

4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括將mtsnop主回路參數(shù)設(shè)計(jì)分為串聯(lián)變換器設(shè)計(jì)和并聯(lián)變換器設(shè)計(jì)；對(duì)串聯(lián)變換器設(shè)計(jì)中的pfcm和pbcm的子模塊電壓與數(shù)量、電容容值、橋臂電感、交流側(cè)等效濾波電感進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)并聯(lián)變換器設(shè)計(jì)中的并聯(lián)cmi的容量、子模塊電壓與數(shù)量、電容容值、連接電感進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5、作為本發(fā)明所述的無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述串聯(lián)變換器設(shè)計(jì)包括串聯(lián)變換器中pbcm結(jié)構(gòu)與pfcm結(jié)構(gòu)相同，pfcm和pbcm共直流母線，pbcm參數(shù)設(shè)計(jì)方式與pfcm相同。

6、作為本發(fā)明所述的無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述串聯(lián)變換器設(shè)計(jì)還包括pfcm子模塊電壓與數(shù)量和電容容值設(shè)計(jì)，設(shè)定pfcm子模塊電壓與數(shù)量取串聯(lián)電壓的交流分量幅值為0.1倍的相電壓幅值，表示為：

7、

8、其中，為pfcm輸出電壓基頻分量，vphase為線路相電壓；

9、pfcm為單相mmc的結(jié)構(gòu)，交流側(cè)輸出電壓幅值為直流母線電壓的一半，直流母線電壓等于pfcm橋臂子模塊數(shù)乘以子模塊電容電壓值，子模塊的數(shù)量和子模塊內(nèi)電容電壓值的約束，表示為：

10、

11、其中，n為pfcm一個(gè)橋臂的子模塊數(shù)量，vc為pfcm子模塊電容電壓；

12、基于子模塊電容電壓值，igbt的工作電壓選擇在額定電壓的50％～70％，子模塊電容電壓額定值約束，表示為：

13、0.5·vigbt≤vc*≤0.7·vigbt

14、其中，vigbt為igbt的額定電壓，vc*為pfcm子模塊電容電壓額定值；

15、pfcm中開關(guān)器件工作電流與橋臂電流一致，包括基頻交流和直流，表示為：

16、

17、其中，iigbt為igbt的額定電流，in為線路電流，為橋臂電流直流分量；

18、基于子模塊的數(shù)量和子模塊內(nèi)電容電壓值的約束、子模塊電容電壓額定值約束，選定符合要求的開關(guān)器件后，根據(jù)器件的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)，選擇開關(guān)頻率，記為fpfcm；

19、設(shè)計(jì)pfcm子模塊電容容值包括電容對(duì)直流電壓紋波有抑制效果，將電容電壓波動(dòng)約束在規(guī)定范圍內(nèi)限制器件的電壓應(yīng)力，計(jì)算pfcm的橋臂電流，表示為：

20、

21、其中，icl(t)為與線路l相連的pfcm橋臂電流順時(shí)值，il(t)為線路l電流的瞬時(shí)值，il為第l條線路的電流，為第l條線路所連pfcm橋臂電流的直流分量，ρl為第l條線路的電流相位，ω為基頻角頻率，t為時(shí)間；

22、構(gòu)建pfcm橋臂的開關(guān)函數(shù)，表示為：

23、

24、其中，ml為電壓調(diào)制度，sl為橋臂的開關(guān)函數(shù)，θcl為橋臂輸出電壓的相位；

25、隨著開關(guān)器件動(dòng)作，流入子模塊電容的電流，表示為：

26、

27、其中，c為pfcm中每個(gè)子模塊電容的容值；

28、流入電容電流的直流分量為零，流入電容電流的直流分量，表示為：

29、

30、計(jì)算橋臂電流的直流分量，表示為：

31、

32、將橋臂電流的直流分量代入流入子模塊電容的電流中，流入子模塊電容的電流，表示為：

33、

34、通過流入子模塊電容的電流，得出電容電壓波動(dòng)，表示為：

35、

36、其中，δvc為pfcm電容電壓波動(dòng)值；

37、子模塊電容電壓波動(dòng)包括基頻波動(dòng)和二倍頻波動(dòng)，若在調(diào)制度最大(ml＝1)時(shí)，電容電壓波動(dòng)最大值，表示為：

38、

39、設(shè)計(jì)pfcm的子模塊電容容值的約束，表示為：

40、

41、當(dāng)pfcm的子模塊電容容值符合約束時(shí)，pfcm內(nèi)子模塊電壓波動(dòng)將維持在所需的范圍內(nèi)。

42、作為本發(fā)明所述的無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述串聯(lián)變換器設(shè)計(jì)還包括pfcm的橋臂電感設(shè)計(jì)和交流側(cè)等效濾波電感設(shè)計(jì)，pfcm的橋臂電感設(shè)計(jì)包括pfcm的電感滿足環(huán)流抑制的要求，將橋臂電壓和橋臂電流加入二倍頻波動(dòng)中，計(jì)算上下橋臂的總能量，表示為：

43、

44、其中，vclp為上橋臂輸出電壓，p為橋臂傳遞的有功分量，wpha(t)為上下橋臂的總能量，ρ2f為二倍頻環(huán)流的相位，v2f為二倍頻電壓，p為橋臂傳遞的有功分量，下標(biāo)為p的為上橋臂的參數(shù)，下標(biāo)為n的為下橋臂參數(shù)，l為橋臂電感；

45、每個(gè)橋臂中n個(gè)子模塊，上下橋臂2n個(gè)橋臂均分二倍頻波動(dòng)，每個(gè)pfcm存儲(chǔ)的能量wpfcm，表示為：

46、

47、其中，wpfcm為每個(gè)pfcm存儲(chǔ)的能量，vdc為直流母線電壓；

48、二倍頻環(huán)流產(chǎn)生的上下橋臂總能量等于pfcm電容中存儲(chǔ)的能量，上下橋臂的總能量和每個(gè)pfcm存儲(chǔ)的能量wpfcm中的二倍頻分量相等，表示為：

49、

50、其中，vdc為直流母線電壓；

51、計(jì)算二倍頻環(huán)流幅值，表示為：

52、

53、其中，i2f為二倍頻環(huán)流的幅值；

54、設(shè)計(jì)橋臂電感，表示為：

55、

56、橋臂電感能抑制直流側(cè)短路故障電流的上升率，若直流側(cè)正負(fù)極母線短路故障，則短路電流通過pfcm構(gòu)成回路，計(jì)算橋臂電流的上升率，表示為：

57、

58、其中，icp為pfcm上橋臂電流、icn為pfcm下橋臂電流；

59、計(jì)算橋臂電感，表示為：

60、

61、其中，α為暫態(tài)下橋臂電流的上升率；

62、pfcm交流側(cè)等效濾波電感設(shè)計(jì)包括設(shè)定線路電流紋波約束，表示為：

63、

64、其中，為直流母線電壓額定值，ll為線路等效濾波電感，fs為開關(guān)頻率，△imax為線路電流紋波變化最大值；

65、設(shè)計(jì)線路等效濾波電感約束包括取線路電流紋波最大值為線路額定電流幅值的10％，表示為：

66、

67、其中，feqs為pfcm等效開關(guān)頻率；

68、在線路等效濾波電感約束條件下，設(shè)定線路等效濾波電感的標(biāo)幺值為0.1，計(jì)算線路等效濾波電感，表示為：

69、

70、其中，sn為線路額度容量。

71、作為本發(fā)明所述的無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述并聯(lián)變換器設(shè)計(jì)包括并聯(lián)cmi容量設(shè)計(jì)和子模塊電壓與數(shù)量設(shè)計(jì)，并聯(lián)cmi容量設(shè)計(jì)包括在使用mtsnop調(diào)節(jié)多條互聯(lián)的輸電線潮流時(shí)，輸電線之間相互提供無功支撐，并聯(lián)cmi提供無功功率實(shí)現(xiàn)平衡線路的無功補(bǔ)償，取并聯(lián)cmi無功補(bǔ)償容量為qn；

72、設(shè)計(jì)并聯(lián)cmi子模塊電壓與數(shù)量基于并聯(lián)cmi子模塊數(shù)、igbt管子耐壓值有關(guān)、線路相電壓，設(shè)計(jì)每相子模塊個(gè)數(shù)約束，表示為：

73、

74、其中，m為每相子模塊個(gè)數(shù)，為子模塊電容電壓額定值。

75、作為本發(fā)明所述的無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述并聯(lián)變換器設(shè)計(jì)還包括并聯(lián)cmi容量設(shè)計(jì)和子模塊電壓與數(shù)量設(shè)計(jì)，并聯(lián)cmi子模塊電容容值設(shè)計(jì)包括通過并聯(lián)cmi子模塊電容值的選取對(duì)電容電壓的紋波進(jìn)行抑制，構(gòu)建每個(gè)子模塊輸出電壓的平均開關(guān)函數(shù)，表示為：

76、

77、其中，sc(t)為每個(gè)子模塊輸出電壓的平均開關(guān)函數(shù)，vp為并聯(lián)cmi輸出電壓的基頻分量，θp為并聯(lián)cmi輸出電壓相位；

78、計(jì)算流入子模塊的電容電流瞬時(shí)值，表示為：

79、

80、其中，ic(t)為流入子模塊的電容電流瞬時(shí)值，ip(t)為cmi線路電流瞬時(shí)值，ip為橋臂電流幅值；

81、計(jì)算流入子模塊的電容電壓瞬時(shí)值，表示為：

82、

83、其中，vc(t)為流入子模塊的電容電壓瞬時(shí)值，c為并聯(lián)cmi子模塊電容容值；

84、設(shè)計(jì)并聯(lián)cmi子模塊電容容值約束，表示為：

85、

86、其中，δvc為電容電壓的波動(dòng)。

87、作為本發(fā)明所述的無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述并聯(lián)變換器設(shè)計(jì)還包括并聯(lián)cmi連接電感設(shè)計(jì)，并聯(lián)cmi連接電感設(shè)計(jì)包括cmi在穩(wěn)態(tài)下的運(yùn)行特性，在理想狀態(tài)下的無功功率輸出，表示為：

88、

89、其中，us為網(wǎng)側(cè)電壓，uc為cmi的輸出電壓，δ為網(wǎng)側(cè)電壓與cmi的輸出電壓的相位差，lp為cmi連接電感；

90、若在無功補(bǔ)償容量的角度下，對(duì)cmi連接電感的約束，表示為：

91、

92、若在三相電壓不平衡情況下，對(duì)cmi連接電感的約束，表示為：

93、

94、其中，為三相不平衡電壓；

95、若cmi連接電感滿足輸出電流的濾波效果，設(shè)定電感標(biāo)幺值為0.1，cmi連接電感，表示為：

96、

97、cmi連接電感設(shè)計(jì)滿足額定容量下無功功率的補(bǔ)償需求、電網(wǎng)電壓不平衡情況的穩(wěn)定運(yùn)行以及對(duì)輸出電流的濾波效果。

98、本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其能通過構(gòu)建自動(dòng)分配模塊，串聯(lián)變換器模塊和并聯(lián)變換器模塊，對(duì)無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)進(jìn)行合理性設(shè)計(jì)，解決了目前的無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)的問題。

99、作為本發(fā)明所述的基于無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括自動(dòng)分配模塊，串聯(lián)變換器模塊，并聯(lián)變換器模塊；所述自動(dòng)分配模塊用于將mtsnop主回路參數(shù)設(shè)計(jì)分為串聯(lián)變換器設(shè)計(jì)和并聯(lián)變換器設(shè)計(jì)；所述串聯(lián)變換器模塊用于pfcm和pbcm子模塊的電壓與數(shù)量，pfcm和pbcm子模塊的電容容值，pfcm和pbcm的橋臂電感和交流側(cè)等效濾波電感的參數(shù)設(shè)計(jì)；所述并聯(lián)變換器模塊用于并聯(lián)cmi容量，子模塊電壓與數(shù)量，并聯(lián)cmi子模塊電容容值和并聯(lián)cmi連接電感的參數(shù)設(shè)計(jì)。

100、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序是實(shí)現(xiàn)無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的步驟。

101、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法的步驟。

102、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的基于無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置主回路參數(shù)設(shè)計(jì)方法通過采用模塊化設(shè)計(jì)，端口易于擴(kuò)展，可以適應(yīng)不同規(guī)模的電力系統(tǒng)；通過pfcm和pbcm子模塊的電壓與數(shù)量設(shè)計(jì)影響串聯(lián)等效輸出電壓的幅值，從而決定潮流調(diào)節(jié)的范圍；通過pfcm和pbcm子模塊的電容容值設(shè)計(jì)影響電容電壓波動(dòng)的幅度，從而提高輸出電壓的質(zhì)量；通過pfcm和pbcm的橋臂電感設(shè)計(jì)，提高pfcm和pbcm的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)性能；通過pfcm和pbcm交流側(cè)等效濾波電感設(shè)計(jì)，約束開關(guān)頻率電流紋波的濾波效果；通過并聯(lián)cmi子模塊電壓與數(shù)量設(shè)計(jì)，約束cmi子模塊電壓與數(shù)量關(guān)系，使無變壓器型多端柔性互聯(lián)裝置控制簡(jiǎn)單，單個(gè)開關(guān)器件耐電壓降低，制造成本降低；通過并聯(lián)cmi子模塊電容值設(shè)計(jì)，選擇合適的電容值保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性能；通過并聯(lián)cmi連接電感設(shè)計(jì)，結(jié)合額定容量下無功功率的補(bǔ)償需求、電網(wǎng)電壓不平衡情況的穩(wěn)定運(yùn)行和對(duì)輸出電流的濾波效果三種情況下，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定；合理的參數(shù)設(shè)計(jì)可以有效改善系統(tǒng)傳輸容量，緩解線路重載問題，優(yōu)化輸電潮流，可以有效抑制電壓波動(dòng)，提高電壓質(zhì)量；本發(fā)明在端口易于擴(kuò)展、提高傳輸容量、改善電壓質(zhì)量方面以及對(duì)mtsnop主回路參數(shù)設(shè)計(jì)都取得更加良好的效果。