一种柔直变压器复用型换流器及其变压器参数设计方法与流程

本发明涉及交直流输配电，具体涉及一种柔直变压器复用型换流器及其变压器参数设计方法。

背景技术：

1、随着输电容量和传输距离的不断增加，海上换流站关键设备的体积和重量也将不断增大，其安装、运输和维修的难度也不断增大，对海上风电柔性直流并网系统的建设造成了经济上和技术上的挑战。因此，对柔直换流阀中关键设备进行优化设计，实现海上风电经济高效送出，是远海风电规模化发展的重要问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔直变压器复用型换流器及其变压器参数设计方法，以解决海上换流站占地面积大的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种柔直变压器复用型换流器，包括桥臂模块和3个三绕组变压器；

3、桥臂模块包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的高压端均连接至直流母线的正极，第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂的高压端均连接至直流母线的负极；

4、三绕组变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的低压端分别连接至对应的三绕组变压器的第二绕组的同名端，第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂的低压端分别连接至对应的三绕组变压器的第三绕组的同名端，第二绕组的异名端和对应的三绕组变压器的第三绕组的异名端串联连接，3个三绕组变压器的第一绕组的同名端分别与交流母线的a、b、c相连接，3个三绕组变压器的第一绕组的异名端相互连接。

5、在一种可选的实施方式中，各个桥臂均包括若干串联的子模块，子模块为半桥子模块。

6、第二方面，本发明提供了一种柔直变压器复用型换流器的变压器参数设计方法，应用于如第一方面所述的换流器，包括：

7、根据换流器的环流谐振抑制条件、交流故障电流限幅条件和直流故障电流上升率限幅条件，获取换流器的联结电抗的约束关系；

8、根据约束关系确定变压器各绕组的等值电抗；

9、根据等值电抗计算变压器各绕组的短路电压百分比，并将等值电抗和短路电压百分比作为变压器各绕组的参数输出。

10、在一种可选的实施方式中，根据换流器的环流谐振抑制条件、交流故障电流限幅条件和直流故障电流上升率限幅条件，获取换流器的联结电抗的约束关系，包括：

11、根据环流谐振抑制条件获取联结电抗的第一约束关系，第一约束关系用于使换流器避免环流谐振发生；

12、根据交流故障电流限幅条件获取联结电抗的第二约束关系，第二约束关系用于使换流器在交流故障下桥臂电流低于预设电流限值；

13、根据直流故障电流上升率限幅条件获取联结电抗的第三约束关系，第三约束关系用于使换流器在直流故障下桥臂的电流上升率低于预设上升率限值，约束关系包括第一约束关系、第二约束关系和第三约束关系。

14、在一种可选的实施方式中，环流谐振抑制条件包为：

15、

16、其中，为串联谐振角频率，为桥臂的电感值，为桥臂的子模块电容值，为桥臂的子模块数量，为所述系统角频率，系统角频率为换流器连接的交流电力系统的额定角频率，为常数且。

17、在一种可选的实施方式中，直流故障电流上升率限幅条件，包括：

18、换流器处于交流故障时，根据第一预设公式计算桥臂的电流最大增量，电流最大增量低于预设电流限值，其中，第一预设公式为：

19、

20、其中，为最大增量，为系统角频率，为桥臂的电压调制波幅值，为桥臂的等效电阻，为联结电感的取值，为控制周期。

21、在一种可选的实施方式中，直流故障电流上升率限幅条件，包括：

22、换流器处于直流故障时，根据第二预设公式计算桥臂的电流上升率，电流上升率低于预设上升率限值，其中，第二预设公式为：

23、

24、其中，为桥臂的电感值，为桥臂的直流电压，为电流上升率，为平波电感值。

25、在一种可选的实施方式中，预设上升率限值根据换流器的功率器件的参数设定。

26、在一种可选的实施方式中，根据约束关系确定变压器各绕组的等值电抗，包括：

27、根据第一约束关系、第二约束关系和第三约束关系，确定变压器各绕组的等值电抗约束公式，根据等值电抗约束公式确定等值电抗，其中，变压器各绕组包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，等值电抗约束公式为：

28、

29、其中，为第一绕组的等值电抗，为第二绕组的等值电抗，为第三绕组的等值电抗，为桥臂的子模块电容值，为桥臂的子模块数量。

30、在一种可选的实施方式中，根据等值电抗计算变压器各绕组的短路电压百分比，包括：

31、根据第三预设公式，以及等值电抗计算变压器各绕组的短路电压百分比，其中，第三预设公式为：

32、

33、其中，、、分别为第一绕组、第二绕组、第三绕组的短路电压百分比，为变压器的额定电压，为变压器的额定容量。

34、本发明至少具有以下有益效果：

35、本发明提供一种柔直变压器复用型换流器的变压器参数设计方法和拓扑结构，用三绕组变压器替代传统双绕组三相变压器，三绕组变压器同时起到传统柔直变压器和桥臂电抗器的功能，省去了单独的桥臂电抗器及其布置，节约了海上换流站的占地面积，提升了海上风电轻型化柔性直流送出工程的经济性。

36、根据环流谐振抑制条件、交流故障电流限幅条件和直流故障电流上升率限幅条件分别确定联结电抗的约束关系，通过约束关系确定变压器各绕组的等值电抗，并根据等值电抗得出各绕组的短路电压百分比，将影响换流器运行特性的多重关键因素进行系统性联立求解，使设计结果能够同时满足环流谐振抑制、交流故障限流和直流故障限流等多方面的性能要求，兼顾了换流器在稳态运行、交流故障暂态和直流故障暂态等多种工况下的运行需求。

1.一种柔直变压器复用型换流器，其特征在于，包括桥臂模块和3个三绕组变压器；

2.根据权利要求1所述的换流器，其特征在于，各个桥臂均包括若干串联的子模块，所述子模块为半桥子模块。

3.一种柔直变压器复用型换流器的变压器参数设计方法，应用于如权利要求1至2中任一项所述的换流器，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据换流器的环流谐振抑制条件、交流故障电流限幅条件和直流故障电流上升率限幅条件，获取所述换流器的联结电抗的约束关系，包括：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述环流谐振抑制条件为：

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述直流故障电流上升率限幅条件，包括：

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述直流故障电流上升率限幅条件，包括：

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设上升率限值根据所述换流器的功率器件的参数设定。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述约束关系确定所述变压器各绕组的等值电抗，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述等值电抗计算所述变压器各绕组的短路电压百分比，包括：