一种改进型串联双子模块及其参数计算方法

本发明属于新型柔性直流输电，具体涉及一种改进型串联双子模块及其参数计算方法。

背景技术：

1、大规模清洁能源的送出与消纳是世界性难题，多端直流输电技术是解决大规模清洁能源送出与消纳难题的有力抓手，其中基于模块化多电平换流器的柔性高压直流输电技术(modular multilevel converter-high voltage direct current，mmc-hvdc)因易于拓展的模块化结构与较低的运行损耗等独特优势在直流电网中得到了快速发展。

2、针对陆上大规模新能源远距离接入的场景，一般多采用架空线送出方式，架空线受地形地貌、气候等地理因素影响大，因此直流线路发生雷击短路的故障频发，严重影响输电系统的运行可靠性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种改进型串联双子模块及其参数计算方法，用于解决改进型串联双子模块在mmc应用时对应mmc不同系统参数下的器件选型的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种改进型串联双子模块参数计算方法，包括以下步骤：

4、s1、稳态运行时，根据t5和d5连续交替流经桥臂电流确定t5和d5的电流it5、id5；根据d6始终承受反向电压不开通，不流经电流，计算得到d6耐压有效值ud6,rms和d6耐压有效值ud6,peak；

5、s2、在发生直流故障mmc闭锁后的暂态过程中，根据改进型串联双子模块和直流侧故障电流的峰值确定t1、t2、t3、t4、d1、d2、d3、d4承受的最大暂态电压ut1-4,max和最大电流it1-4,max；根据改进型串联双子模块电容电压的最大值和直流侧故障电流确定t5、d5承受的最大暂态电压，t5、d5不流经直流侧故障电流；根据直流侧故障电流的峰值确定d6流经的最大电流。

6、具体的，步骤s1中，改进型串联双子模块的t1、t2、t3、t4参数与同系统参数下半桥mmc系统中半桥子模块对应器件的计算方法相同；改进型串联双子模块的d1、d2、d3、d4参数与同系统参数下半桥mmc系统中半桥子模块对应器件的计算方法相同。

7、具体的，步骤s1中，it5具体为：

8、

9、

10、其中，iarm为桥臂电流，idc为直流侧额定电流，iva为交流侧额定相电流幅值，γa为交流侧a相额定相电流初始相位，ω为角速度，t为时间。

11、具体的，步骤s1中，d6耐压有效值ud6,rms和d6耐压有效值ud6,peak具体为：

12、ud6,rms＝2uc,rms

13、ud6,peak＝2uc,peak

14、其中，uc,rms为子模块电容电压有效值，uc,peak为子模块电容电压峰值。

15、具体的，步骤s2中，最大暂态电压ut1-4,max和最大电流it1-4,max具体为：

16、ut1-4,max＝ud1-4,max＝uc_sdsm,max

17、

18、其中，ud1-4,max为t1-t4单元中反并联二极管的耐压最大值，uc_sdsm,max为改进型串联双子模块电容最大暂态电压，id1-4,max为t1-t4单元中反并联二极管的流通电流最大值，idc,max为直流侧故障电流的峰值。

19、具体的，步骤s2中，t5、d5承受的最大暂态电压ut5,max和ud5,max为：

20、

21、其中，uc_sdsm为改进型串联双子模块电容电压的最大值，idc为直流侧故障电流，r为阻尼电阻。

22、进一步的，根据mmc闭锁后的故障电流清除时间tx的大小、阻尼电阻总耗能qr的大小、t5暂态过程的最大耐压ut5以及改进型串联双子模块电容电压的平均增大幅值δuc_sdsm确定阻尼电阻r。

23、具体的，步骤s2中，d6流经的最大电流id6,max为：

24、

25、其中，idc,max为直流侧故障电流的峰值。

26、本发明的另一技术方案是，一种改进型串联双子模块，包括绝缘栅双极型晶体管t1、t2、t3、t4、t5，绝缘栅双极型晶体管t1、t2、t3、t4、t5分别反并联二极管d1、d2、d3、d4、d5；绝缘栅双极型晶体管t1的发射极分别连接ism和绝缘栅双极型晶体管t2的集电极，绝缘栅双极型晶体管t1的集电极分两路，一路连接电容c1的正极，另一路经续流二极管d6和阻尼电阻r1后分别连接绝缘栅双极型晶体管t3的发射极和电容器c2的负极；绝缘栅双极型晶体管t2的发射极分别连接电容c1的负极和绝缘栅双极型晶体管t5的发射极，绝缘栅双极型晶体管t5的集电极分别连接电容器c2的正极和绝缘栅双极型晶体管t4的集电极，绝缘栅双极型晶体管t4的发射极连接绝缘栅双极型晶体管t3的集电极。

27、具体的，工作模式包括：

28、

29、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

30、一种改进型串联双子模块参数计算方法，基于由改进型串联双子模块和半桥子模块混合构成的新型mmc，从稳态过程和暂态过程中各器件的耐压通流情况两方面考虑，分别确定改进型串联双子模块的稳态及暂态参数，作为器件选型的依据；对于改进型串联双子模块的阻尼电阻r的选取，从mmc闭锁后的故障电流清除时间tx的大小、阻尼电阻总耗能qr的大小、t5暂态过程的最大耐压ut5以及改进型串联双子模块电容电压的平均增大幅值δuc_sdsm四方面考虑，根据四项指标在应用中的优先级确定阻尼电阻值，根据对应阻尼电阻值的tx和qr作为阻尼电阻选型的参数依据。

31、进一步的，稳态过程中，因为t5一直处于开通状态，t5和d5轮流导通，t5和d5的结构相当于短路，因此一个改进型串联双子模块(sdsm)相当于2个半桥子模块(hbsm)直接串联的结构，稳态运行时新型mmc等效为半桥mmc，因此t1-t4和d1-d4与半桥子模块中对应位置的器件的计算方法相同，都可采用常规计算得到稳态耐压通流参数，作为器件选型的稳态参数依据。

32、进一步的，根据稳态时t5和d5的电流的表达式计算得到t5和d5的稳态电流有效值和稳态电流最大值，作为器件选型时的稳态电流参数依据。

33、进一步的，通过稳态时d6承受电压的表达式得到d6的稳态电压参数，作为器件选型时的稳态参数依据。

34、进一步的，对t1-t4在暂态过程的耐压通流分析，得到t1-t4在暂态过程的最大耐压和最大通流值，作为t1-t4选型时的暂态参数依据。

35、进一步的，通过暂态过程t5和d5的承受电压的表达式得到t5和d5的最大暂态电压，作为t5和d5选型时的暂态电压参数依据。

36、进一步的，设置mmc闭锁后的故障电流清除时间tx的大小、阻尼电阻总耗能qr的大小、t5暂态过程的最大耐压ut5以及改进型串联双子模块电容电压的平均增大幅值δuc_sdsm，分别从直流故障清除快慢、阻尼电阻造成的能量损失、改进型串联双子模块(sdsm)中器件在暂态过程中的承受能力以及子模块电容电压偏离额定值的程度对mmc系统重合闸过程的影响四方面考虑，便于根据工程中对这四要素的优先级来确定阻尼电阻r的大小，并且根据tx和qr，作为选择阻尼电阻时的参数依据。

37、进一步的，通过暂态过程d6流经的最大电流的表达式得到d6的最大暂态电流，作为d6选型时的暂态电流参数依据。

38、一种改进型串联双子模块，改进型串联双子模块的各工作模式下各个igbt的状态(开通/关断)，可以得到各工作模式下不同电流时电流在改进型串联双子模块内部的流经路径，与对各个器件的稳态和暂态的耐压通流分析相对应。

39、综上所述，本发明分别设置稳态和暂态计算过程，以得到改进型串联双子模块在稳态正常运行时的通流耐压参数以及在暂态过程各器件承受的暂态应力，根据稳态参数和暂态参数最终选择各器件的型号。

40、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。