[发明专利]一种MMC-MTDC直流侧短路电流的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输电技术领域，具体涉及一种MMC-MTDC直流侧短路电流的计算方法。

背景技术

随着能源短缺问题的日益严重、环境问题的不断加剧以及石化资源的日益枯竭，近年来我国对可再生资源的需求日益增加。由于可再生能源的特殊性，必须考虑采用新的技术、装备和电网结构来解决其并网问题。VSC-MTDC（基于电压源型换流器的多端柔性直流输电系统）被认为是最有效的解决方法之一。

随着电力电子技术的发展，基于全控型器件的MMC（模块化多电平换流器）极大地促进了高压直流输电技术的发展。作为VSC（电压源型换流器）的一种，MMC在具有VSC所有优势的同时，还兼具器件一致触发动态均压要求低、扩展性好、开关频率低以及运行损耗低等诸多优势，已成为了柔性直流输电的主流发展趋势。为了提高MMC-MTDC（基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统）的电压等级和输电容量，必须采用类似传统直流输电系统的双极结构，也即换流站的正极(负极)必须至少由一个完整的换流器构成，如图1所示。

与LCC-HVDC（基于电网换相换流器的传统直流输电系统）不同，在发生直流线路故障时，柔性直流系统无法采用闭锁换流器的方法来限制短路电流。为了确保故障前后多端柔性直流输电系统的稳定运行和电网中关键设备的安全，必须在很短时间内切除故障线路来限制短路电流的大小。目前普遍认为高压直流断路器是解决该问题最有效的方案。

在高压直流断路器研究方面，国外公司和研究机构的研究工作开展较早，并完成了相应样机的研制。ABB公司于2012年底宣布研制成功了基于常规机械开关和电力电子器件的混合式断路器，宣称能在5ms内切除最大为8.5kA的故障电流。Alstom公司也在2013年宣布完成了样机的研制。然而限于目前半导体技术的发展情况，具备更大故障电流开断能力的直流断路器尚在研制中。

在直流故障下，MMC较大的直流侧等效电容会产生较大的直流故障电流。为了能够合理而有效地配置直流断路器，通常需根据工程的实际特性计算所有可能的直流故障下最大的故障电流，用以校核是否满足直流断路器的性能要求。因此，直流侧短路电流计算的准确性直接关系到直流断路器设计的可靠性，直流侧短路电流计算也就相应地成为了校验直流断路器性能要求的基础。鉴于MMC-MTDC系统存在多种运行工况，且直流侧短路故障可能发生在直流线路上的任何位置，因此必须找到一种既精确又高效的直流侧短路电流计算方法。

目前可以通过在时域仿真软件中搭建详细的MMC-MTDC模型来计算直流侧短路电流。然而，在时域仿真软件中搭建详细的仿真模型并非易事，且需要消耗大量的时间和计算硬件用于后续的仿真计算。考虑到实际工程中存在着多种运行工况，且直流侧短路故障可能发生在直流线路上的任何位置，基于时域仿真软件搭建的详细模型并不太适合于直流侧短路电流的计算。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种MMC-MTDC直流侧短路电流的计算方法，能够在保证计算精度的前提下，显著提高直流侧短路电流的计算效率。

一种MMC-MTDC直流侧短路电流的计算方法，包括如下步骤：

（1）根据换流站所采用的控制策略，对MMC-MTDC中的各换流站进行排序编号，进而根据系统的运行工况和主回路参数，计算出MMC-MTDC中每条直流输电线路的稳态电流；

（2）根据系统的运行工况和主回路参数，对MMC-MTDC中各换流站进行等效变换以建立MMC-MTDC的等效无源网络；

（3）若MMC-MTDC存在直流输电线路短路故障，则在所述的等效无源网络中对应的直流输电线路故障点上添加设置一电压源，进而对该等效无源网络进行时域仿真，以求得MMC-MTDC中每条直流输电线路两端电流的故障分量；

（4）根据直流输电线路的稳态电流以及线路两端电流的故障分量，计算出MMC-MTDC中每条直流输电线路两端的短路电流。

所述的步骤（1）中对MMC-MTDC中的各换流站进行排序编号的标准为：使系统中采用定直流电压控制策略的换流站编号为1，使系统中采用定直流电流控制策略的换流站编号为2～m，使系统中采用定功率控制策略的换流站编号为m+1～M，m-1为MMC-MTDC中采用定直流电流控制策略的换流站的总个数，M为MMC-MTDC中换流站的总个数。

所述的步骤（1）中计算MMC-MTDC中每条直流输电线路稳态电流的方法如下：

A1.建立MMC-MTDC的直流电流电压方程如下：