本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其是涉及一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、模塊化多電平換流器(modular?multilevel?converter,mmc)環(huán)流諧波劣化電能質(zhì)量，影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。為此，發(fā)展出了系列環(huán)流諧波抑制技術(shù)，但如何對其抑制效果進(jìn)行科學(xué)評價并選取適配技術(shù)，目前仍有待進(jìn)一步研究。其原因在于：現(xiàn)有評價方法多以電能質(zhì)量改善程度為指標(biāo)，然而，隨換流器功率增加，其中的絕緣柵雙極晶體管(insulate-gatebipolar?transistor，igbt)熱損耗加劇，成為影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的另一重要因素?，F(xiàn)有關(guān)于諧波抑制技術(shù)僅以電能質(zhì)量為核心，忽略了其他重要因素對環(huán)流諧波抑制技術(shù)造成的影響，致使環(huán)流諧波抑制技術(shù)并不完備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法。

2、鑒于對環(huán)流諧波抑制技術(shù)的需求以及掌握諧波抑制對igbt熱損耗影響程度的要求，亟需發(fā)展mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制對igbt結(jié)溫波動影響的預(yù)測方法，以此為模塊化多電平換流器環(huán)流諧波抑制效果綜合評價提供技術(shù)支持。該技術(shù)的建立與發(fā)展，將在新型電力系統(tǒng)高比例電力電子滲透趨勢下，促進(jìn)環(huán)流抑制策略的科學(xué)制定，提升換流器高效、穩(wěn)定運(yùn)行能力。

3、上述的mmc系統(tǒng)包括直流模塊、電流變換器以及交流模塊，所述電流變換器包括多個具有半橋結(jié)構(gòu)的子模塊，其半橋結(jié)構(gòu)由igbt和二極管構(gòu)成。

4、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

5、一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，該方法基于電能質(zhì)量和mmc子模塊中igbt與二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)對mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

6、作為優(yōu)選技術(shù)方案，該方法包括：構(gòu)建mmc環(huán)流模型，并對mmc環(huán)流模型進(jìn)行環(huán)流抑制；觀測橋臂電流諧波分布，基于電能質(zhì)量計(jì)算mmc橋臂電流總諧波失真值；分別計(jì)算mmc子模塊igbt和二極管功率損耗，根據(jù)計(jì)算的功率損耗計(jì)算igbt和二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)；結(jié)合電能質(zhì)量以及結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)對環(huán)流技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

7、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的mmc環(huán)流模型為：

8、

9、其中，j∈{a,b,c}表示mmc系統(tǒng)中的三相，icirj表示j相環(huán)流，ijp表示j相上橋臂電流，ijl表示j相下橋臂電流，ucirj表示j相環(huán)流壓降，l0表示橋臂電感，r0表示橋臂電阻，udc為直流側(cè)電壓，ujp表示j相上橋臂電壓，ujl表示j相下橋臂電壓。

10、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的觀測橋臂電流諧波分布的方法為，對經(jīng)過環(huán)流抑制的mmc橋臂電流進(jìn)行快速傅里葉分析，其表達(dá)式為：

11、

12、其中，icirj(n)為采樣后mmc中j相離散橋臂電流；n為時域橋臂電流采樣點(diǎn)數(shù)；n為時域橋臂電流采樣點(diǎn)序數(shù)；icirj(k)為頻域mmc中j相離散橋臂電流；k為頻域離散橋臂電流點(diǎn)序數(shù)；為旋轉(zhuǎn)因子。

13、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的計(jì)算mmc橋臂電流總諧波失真值的方法具體為：基于電流有效值以及電流基波有效值分別計(jì)算mmc橋臂電流總諧波失真。

14、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的計(jì)算mmc子模塊igbt和二極管功率損耗的方法具體為：基于mmc子模塊導(dǎo)通損耗以及開關(guān)損耗計(jì)算mmc子模塊igbt的功率損耗；基于二極管導(dǎo)通損耗以及二極管反向恢復(fù)損耗計(jì)算二極管功率損耗。

15、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的計(jì)算igbt和二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)具體包括以下步驟：

16、構(gòu)建mmc子模塊igbt的多階foster熱網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算igbt的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)，所述多階foster熱網(wǎng)絡(luò)模型的表達(dá)式為：

17、

18、其中，zth_igbt(t)為熱阻抗，p為foster熱網(wǎng)絡(luò)模型的總階數(shù)，rth_i_igbt為等效電阻，cth_i_igbt為等效熱電容；tc(t)為環(huán)境溫度，pigbt為mmc子模塊igbt的總功率損耗，tj_igbt(t)為igbt結(jié)溫；

19、構(gòu)建mmc子模塊二極管的多階foster熱網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)，所述的多階foster熱網(wǎng)絡(luò)模型的表達(dá)式為：

20、

21、其中，zth_diode(t)為熱阻抗，rth_i_diode為等效電阻，cth_i_diode為等效熱電容，tc(t)為環(huán)境溫度，pdiode為二極管總功率損耗，tj_diode(t)為二極管結(jié)溫。

22、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的優(yōu)化環(huán)流技術(shù)的方法為：統(tǒng)計(jì)分析igbt和二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)，得到平均結(jié)溫波幅；獲取mmc橋臂電流總諧波失真值；若mmc橋臂電流總諧波失真值大于或等于并網(wǎng)要求規(guī)定值，繼續(xù)以電能質(zhì)量為優(yōu)化指標(biāo)對環(huán)流抑制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化；若mmc橋臂電流總諧波失真值小于并網(wǎng)要求規(guī)定值，則以平均結(jié)溫波幅為主優(yōu)化指標(biāo)對環(huán)流抑制技術(shù)進(jìn)行熱均衡優(yōu)化，且在進(jìn)行優(yōu)化時需維持mmc橋臂電流總諧波失真值小于并網(wǎng)要求規(guī)定值的狀態(tài)。

23、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的并網(wǎng)要求規(guī)定值不大于3％。

24、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法應(yīng)用于柔性直流輸電場景中。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過計(jì)算mmc子模塊中igbt和二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)量化了環(huán)流抑制與igbt熱損耗之間的關(guān)系，并在傳統(tǒng)僅以電能質(zhì)量作為指標(biāo)的基礎(chǔ)上增加mmc子模塊中igbt和二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)作為輔助優(yōu)化指標(biāo)，為環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化提供了更全面的參考方案。

技術(shù)特征：

1.一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，所述mmc系統(tǒng)包括直流模塊、電流變換器以及交流模塊，所述電流變換器包括多個具有半橋結(jié)構(gòu)的子模塊，所述半橋結(jié)構(gòu)由igbt和二極管構(gòu)成，其特征在于，該方法基于電能質(zhì)量和mmc子模塊中igbt與二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)對mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的mmc環(huán)流模型為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的觀測橋臂電流諧波分布的方法為，對經(jīng)過環(huán)流抑制的mmc橋臂電流進(jìn)行快速傅里葉分析，其表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的計(jì)算mmc橋臂電流總諧波失真值的方法具體為：基于電流有效值以及電流基波有效值分別計(jì)算mmc橋臂電流總諧波失真。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的計(jì)算mmc子模塊igbt和二極管功率損耗的方法具體為：基于mmc子模塊導(dǎo)通損耗以及開關(guān)損耗計(jì)算mmc子模塊igbt的功率損耗；基于二極管導(dǎo)通損耗以及二極管反向恢復(fù)損耗計(jì)算二極管功率損耗。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的計(jì)算igbt和二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)具體包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的優(yōu)化環(huán)流技術(shù)的方法為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的并網(wǎng)要求規(guī)定值不大于3％。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的一種mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述mmc系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法應(yīng)用于柔性直流輸電場景中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種MMC系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法，其中，所述的MMC系統(tǒng)包括直流模塊、電流變換器以及交流模塊，所述的電流變換器包括多個具有半橋結(jié)構(gòu)的子模塊，所述半橋結(jié)構(gòu)由IGBT和二極管構(gòu)成；所述的MMC環(huán)流抑制技術(shù)優(yōu)化方法基于電能質(zhì)量和MMC子模塊中IGBT與二極管的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)對MMC系統(tǒng)環(huán)流抑制技術(shù)進(jìn)行評估，并根據(jù)評估結(jié)果對環(huán)流抑制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明綜合考慮多個影響因素對環(huán)流抑制的影響從而提供更全面的優(yōu)化方案。

技術(shù)研發(fā)人員：崔昊楊,康楚煙,趙健,江超,薛亮,楊程,樂應(yīng)波,管英含,鄭斐
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海電力大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2