浅谈厦门柔直系统损耗建模

陈靖

国网福建检修公司 福建 福州 350001

摘要：基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的高压直流输电技术（MMC-HVDC）具有快速、灵活的有功功率控制，动态补偿交流母线无功功率，稳定交流母线电压，提高系统的稳定性等诸多优点，可为研究柔性直流输电系统最优潮流控制提供损耗分析依据。

关键词：柔性直流 损耗 建模

1.引言

基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的高压直流输电技术（MMC-HVDC）具有快速、灵活的有功功率控制，动态补偿交流母线无功功率，稳定交流母线电压，提高系统的稳定性等诸多优点，成为国内外研究的热点，该技术已经用于厦门柔性直流输电示范工程实践。

2.柔直系统损耗建模

厦门柔直系统组成器件主要包括换流变压器、桥臂电抗器、直流平波电抗器，直流电缆及其回流线，以及MMC桥臂中的IGBT模块等。交直流电流所流经的柔性直流系统各器件均带来损耗。

总体上说，柔性直流输电系统损耗 组成如下式（2-1）所示：

（2-1）

式中， 为开关器件损耗、 为换流变压器损耗、 为桥臂电抗器损耗、 为直流平波电抗器损耗、 为直流电缆损耗、 为控制系统功耗。其中 、 、 、 之和称为磁性器件及直流电缆损耗， 称为开关器件损耗。控制系统功耗 暂不计入损耗。

开关器件的损耗一般包括IGBT的通态损耗 、截止损耗、开通/关断损耗 ，以及反并联二极管FWD的通态损耗 、开通损耗、恢复损耗 和截止损耗。其中IGBT及其FWD的截止损耗和FWD的开通损耗很小，一般忽略不计。

开关器件的损耗是系统全部IGBT及其反并联二极管损耗之和，如下式（2-1）所示。

（2-1）

式中， 为系统全部IGBT数量， 为系统全部反并联二极管数量。

（1）IGBT和FWD的通态损耗 和

IGBT和FWD的通态损耗计算如下式（2-2）所示：

（2-2）

式中， 为集射极电压， 是流过IGBT的电流有效值， 是流过FWD的电流有效值，根据厂家提供的IGBT特性曲线得到的拟合曲线 和 。

（2）IGBT的开关损耗

IGBT开关损耗由开通 和关断 损耗两部分组成，IGBT开关损耗为：

（2-3）

式中， 为等效开关频率， 是流过IGBT的电流有效值。根据厂家提供的IGBT特性曲线得到的拟合曲线 和 。

（3）FWD反向恢复损耗

FWD反向恢复损耗为：

（2-4）

式中， 为等效开关频率， 是流过FWD的电流有效值，

3.小结

柔性直流输电技术克服了交流输电技术的一些固有缺陷，与传统直流输电相比，其在孤岛供电、有功功率与无功功率控制、新能源并网等方面优势明显。因此，柔性直流输电是改变电网发展格局、促进电力产业结构升级与优化的战略性选择。并且该建模不仅可以用于评估系统各个器件的发热水平，为设计和优化其散热系统提供技术支持，还可为研究柔性直流输电系统最优潮流控制提供损耗分析依据。

参考文献：

1.饶宏;李建国;宋强;许树楷;陈名;黎小林;;模块化多电平换流器直流输电系统损耗的计算方法及其损耗特性分析[J];电力自动化设备;2014年06期

2.廖武;模块化多电平变换器（MMC）运行与控制若干关键技术研究[D];湖南大学;2016年