[发明专利]全桥子模块模块化多电平换流器直流短路故障穿越方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电领域，特别是一种全桥子模块新型MMC直流短路故障穿越方法。

背景技术

直流短路故障是MMC柔性直流输电系统运行中的一种常见故障，目前工程上使用的半桥子模块MMC在直流短路故障发生时无法通过换流阀控制来切断交流系统向直流故障短路点的馈能回路，必须依靠交流断路器或直流隔离开关才能清除故障电流。一方面由于交流断路器的响应时间较长，有可能导致保护不及时而造成换流器过流损坏，一方面配置此类设备提高了对设备的技术要求，增加了系统成本，另一方面也降低了系统投运率，减慢了故障恢复速度。

目前工程上大多采用制造难度大、成本高的直流电缆敷设线路以降低直流故障发生率，但并不能从根本解决半桥子模块MMC对直流故障的处理失效问题。2010年德国学者Rainer Marquardt介绍了具有穿越严重直流故障能力的全桥子模块MMC结构，每个全桥子模块可以输出3种电平，当直流短路故障发生时可以通过闭锁换流器来减小短路电流，达到保护换流器自身不受损害的目的。

将全桥子模块MMC直接闭锁的方法实现起来较为简单，而缺点在于闭锁后换流器事实上处于停机状态，不能再对电网输出无功功率，并且直流短路故障恢复需要MMC重新投入时，需要经过解锁、并网等多个步骤，严重增加了系统运行的时间成本。因此，需要寻找一种新型直流短路故障穿越方法，能够做到故障期间快速抑制和清除短路电流、对电网进行动态电压支撑、故障清除后快速恢复正常控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种全桥子模块MMC新型直流短路故障穿越方法，目的是确保全桥子模块MMC在不闭锁的状态下安全穿越直流短路故障，并在直流短路故障修复后快速恢复有功传输。本发明适用于如图1所示的全桥子模块MMC单端或双端输电系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

全桥子模块模块化多电平换流器直流短路故障穿越方法，步骤如下：检测到系统发生直流短路故障时，通过设定直流母线电压参考值，将直流母线电压翻转，在检测到直流电流降低后，将直流母线电压参考值设置为零，从而不再向故障点溃入短路电流。

当直流短路故障消失后，定直流电压端改为使用定直流电压控制器，控制直流母线电压恢复额定值，定功率端改为使用定有功功率控制器，直流母线电压恢复之前控制传输有功功率为零，等待直流母线电压达到额定值后，恢复有功功率传输。

本发明通过电容电压控制器，将直流母线电压控制为零，达到了不闭锁换流阀穿越直流短路故障的目的。直流短路故障期间使用子模块电容电压控制器输出作为有功电流控制器的给定值，替换原先的定直流电压控制器或者定有功功率控制器，维持所有子模块电容电压稳定。

直流短路故障期间不需要闭锁换流器，可以一直处于并网状态，并向电网提供所需的无功支撑，与换流阀闭锁进行直流故障穿越相比其输出无功功率的能力大幅提高。

附图说明

图1为全桥子模块模块化多电平换流器结构图；图中：U_dc——直流母线电压；SM——子模块；u_sa,u_sb,u_sc——三相电网电压；L_u,L_d——上、下桥臂电抗；

图2为全桥子模块MMC直流短路故障穿越控制框图；id_ref、iq_ref——有功电流指令值和无功电流指令值；K1——有功外环控制器切换开关；Vsm_ref——子模块电压指令值；vsm_average——换流器中所有子模块电压平均值；v_arm——上下桥臂输出电压指令，其中上桥臂取减号，下桥臂取加号；U_arm——桥臂最大电压，即额定子模块电压与桥臂子模块个数的乘积；e——三相调制波；U_{dc_ref}——直流母线电压指令值；

图3为两种状态下的桥臂电压及相电压运行范围；U_arm——桥臂最大电压，即额定子模块电压与桥臂子模块个数的乘积；U_m——桥臂电压波动幅值；U_相——输出相电压运行范围；

图4为直流短路故障处理流程与恢复流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示三相全桥子模块MMC拓扑结构，本发明适用于全部采用全桥子模块的单端、双端以及多端MMC柔直输电系统。