本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉及一種三相電壓源變流器零序電流計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

三相電壓源變流器也稱三相VSC變流器，是以絕緣柵雙極晶體管（IGBT）器件及PWM調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)的功率變換單元（系統(tǒng)），可實(shí)現(xiàn)雙向功率控制、有功/無功功率的獨(dú)立靈活控制、不平衡及電能治理等。三相VSC變流器典型系統(tǒng)架構(gòu)由三相VSC換流閥、交流濾波器、換流電抗器、換流變壓器等主設(shè)備組成，如圖1所示。PWM技術(shù)是針對(duì)IGBT閥的調(diào)制技術(shù)，以正弦脈寬調(diào)制（Sinusoidal PWM，SPWM）為例，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)三相電壓源變流器輸出電壓的頻率和幅值，從而改變輸出瞬時(shí)功率。

三相電壓源變流器的換流閥與直流線路共同構(gòu)成換流系統(tǒng)，換流閥的兩個(gè)直流端點(diǎn)分別與直流正負(fù)線路相接，直流端點(diǎn)通稱為級(jí)。三相電壓源變流器通常為雙極運(yùn)行，即直流側(cè)支撐電容的中點(diǎn)引出中性線接地，如柔性直流輸電系統(tǒng)即采用這種方式。在直流側(cè)中性點(diǎn)直接接地的情況下，如交流側(cè)存在接地點(diǎn)，則三相VSC換流系統(tǒng)中存在了零序流通回路。由于三相VSC換流器閥側(cè)電壓存在零序電壓分量，則正常運(yùn)行工況時(shí)零序電流分量存在于回路中。

零序電流會(huì)增加三相VSC換流器的系統(tǒng)損耗，降低交流線路的載流能力，提升不平衡故障時(shí)的故障電流水平并影響故障恢復(fù)性能。然而，目前針對(duì)三相VSC換流器的等效電路分析主要為正/負(fù)序等效電路或零序流通回路，暫未有針對(duì)三相VSC換流器的零序電流的分析歸算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為了計(jì)算三相電壓源變流器零序電流，提供一種三相電壓源變流器零序電流的計(jì)算方法。

具體地說，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：根據(jù)以下公式計(jì)算三相電壓源變流器零序電流，或者根據(jù)公式（7）簡便計(jì)算三相電壓源變流器零序電流：

其中，I_Nn為三相電壓源變流器零序電流，ω為基波角頻率，ω_c為載波角頻率，J₀為0階貝賽爾函數(shù)，M為調(diào)制度，V_dc為直流母線電壓，C_dc為直流側(cè)濾波電容，L_ac為交流側(cè)換流電抗值，R_ac為交流線路電阻，R_地為地電阻，R_dc為直流側(cè)中性點(diǎn)接地電阻。

本發(fā)明的有益效果如下：根據(jù)上述本發(fā)明的計(jì)算方法，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出三相電壓源變流器的零序電流，方法運(yùn)算簡便，從而能夠?yàn)榉治鋈嚯妷涸醋兞髌鞯姆€(wěn)態(tài)運(yùn)行損耗及故障暫態(tài)工況提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為三相電壓源變流器換流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及零序流通回路。

圖2為三相電壓源變流器的交/直流等效電路。

圖3為三相電壓源變流器的零序等效電路。

圖4為三相電壓源變流器的典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一：

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，以10kV/400V直流配電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)為實(shí)施案例，設(shè)直流側(cè)電容中性點(diǎn)直接接地，在交流側(cè)配電變壓器副邊中點(diǎn)直接接地的情況下，三相VSC換流回路中存在零序流通回路，如圖4所示。

以SPWM調(diào)制方式為例，基于三相電壓源換流器閥側(cè)電壓的占空比模型及傅里葉分解，得出基于調(diào)制度M及相位差的三相VSC換流器交/直流側(cè)調(diào)制度等效模型，如圖2所示。其中，圖中的N為直流側(cè)電容中性點(diǎn)，n為交流系統(tǒng)電壓中性點(diǎn)。

由于上下橋臂的等效電路是對(duì)稱的，兩級(jí)可視為并聯(lián)，因此可合成為一個(gè)電路。交流回路通過上下橋臂與直流側(cè)電容相接，直流電容通過直流中點(diǎn)接地，可得三相VSC的零序等效電路如圖3所示。

設(shè)置a、b、c三相初始角分別為0、-120°、120°，對(duì)三相電壓進(jìn)行雙邊傅里葉分解，可得A相、B相、C相電壓的傅氏分解式如公式（1）、（2）、（3）所示：

其中，V_an、V_bn、V_cn分別為A相、B相、C相電壓，ω₀為角頻率，J_n為n階貝賽爾函數(shù)，M為調(diào)制度，V_dc為直流母線電壓，φ為相位差。

設(shè)ω_c為調(diào)制載波的角頻率，相電壓中諧波分量中幅值較大的是ω_c、3ω_c等零序諧波，以及ω_c±2ω₀、2ω_c±ω₀等邊帶諧波。因此，可按公式（4）計(jì)算A相零序電壓，其中占比最大的分量為m=1的零序分量，當(dāng)m增大時(shí)，零序分量顯著減少。B相、C相零序電壓與A相零序電壓計(jì)算式相同：

其中，V_a0為A相零序電壓。

因此，基于三相電壓源變流器的零序等效電路及基本電路定理，得出三相VSC變流器的零序電流如公式（5）所示，其中I_Nn為三相電壓源變流器零序電流，ω為基波角頻率，ω_c為載波角頻率，J₀為0階貝賽爾函數(shù)，M為調(diào)制度，V_dc為直流母線電壓，C_dc為直流側(cè)濾波電容，L_ac為交流側(cè)換流電抗值，R_ac為交流線路電阻，R_地為地電阻，R_dc為直流側(cè)中性點(diǎn)接地電阻：

將三相零序電壓帶入公式(5)，得到三相電壓源變流器零序電流的計(jì)算公式如公式(6)所示：

由于m=1時(shí)，載波頻率處的零序分量幅值最大，m增大時(shí)，其零序分量較小，忽略公式(6)中m>1的部分，可得入地零序電流簡便計(jì)算式如公式(7)所示：

以下通過仿真計(jì)算，校驗(yàn)以上方法的正確性。

設(shè)圖4系統(tǒng)中，三相電壓源變流器容量為100KVA，電壓為400V交流/800V直流，考慮換流器在最大電壓增益時(shí)的無功功率輸出范圍及諧波抑制需求，取換流電抗標(biāo)幺值為0.16pu，考慮支撐電容可能為換流器的額定運(yùn)行提供一定時(shí)間的能量支撐控制及控制直流電壓紋波電壓畸變率，取電容時(shí)間常數(shù)為7ms，得直流側(cè)支撐電容取6600uF。利用MATLAB計(jì)算分析平臺(tái)，基于貝塞爾函數(shù)的準(zhǔn)確解算，得出上述典型系統(tǒng)參數(shù)下不同調(diào)制度M時(shí)的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)利用MATLAB進(jìn)行三相電壓源變流器進(jìn)行建模仿真，得出仿真結(jié)果及計(jì)算結(jié)果如表1所示。

從表中數(shù)據(jù)可看出，計(jì)算結(jié)果與仿真分析結(jié)果極為接近，誤差<0.5%，而該誤差也有三相電壓源變流器閥組阻抗及MATLAB數(shù)據(jù)的FFT分析精度的因素。因此，上述計(jì)算三相電壓源變流器零序電流的方法具有很高的準(zhǔn)確性。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。