[发明专利]MMC-HVDC系统直流侧单极接地故障的非对称运行控制方法

说明书

技术领域

本发明属于多电平电力电子变换器技术领域，更具体地，涉及一种MMC-HVDC系统直流侧单极接地故障的非对称运行控制方法。

背景技术

基于柔性直流输电的直流电网技术，在大规模分布式可再生能源接入、海洋群岛供电、海上风电场群集中送出、新型城市电网构建等方面，被认为是最有效的技术方案，已成为目前国际电力领域研究的热点。直流输电网络的技术及构建，已经成为未来电网的重要发展方向和组成部分。基于模块化多电平换流器的高压直流输电(ModularMultilevelConverterBasedHighVoltageDirectCurrent,MMC-HVDC)系统因其在系统损耗、容量提升、电磁兼容、故障管理等方面的优势，已经在柔性直流输电技术中取得了重要地位。

在MMC-HVDC直流输电系统中，直流线路单极接地故障虽然没有极间故障后果严重，但是其发生的可能性较大，而且单极接地故障发生后，会引起直流正、负母线电压不平衡，进而影响整个系统的正常运行，所以需要对其故障处理方式进行专门的研究。目前针对不同接线方式下的MMC-HVDC系统直流侧单极接地故障处理方式如下：

1)基于单极对称接线的MMC-HVDC系统，其单极接地故障特征与系统接地方式密切相关，目前主要的三种系统接地方式分别为：交流侧并联星形电抗经电阻接地，交流侧联结变压器Y绕组经接地电阻接地和直流侧并联钳位电阻接地，分别如图1、图2和图3所示。以上三种接地方式的系统在发生直流侧单极接地故障后都会在交流侧产生接近一半额定直流电压大小的直流偏置，同时直流侧非故障极的母线电压增大到正常运行时的两倍，故障产生的过电压威胁交直流系统的绝缘安全。不仅如此，采用交流侧接地的MMC-HVDC系统还会在接地点产生较大的故障电流，加快系统节点的腐蚀。单极对称接线的MMC-HVDC系统目前处理直流侧单极接地故障的方法是通过在故障后闭锁换流器，然后断开交流侧断路器，消除交、直流系统过电压和故障电流，这意味着故障后系统将暂时退出运行，需等待故障消除后才能恢复。虽然单极对称接线配置下MMC-HVDC在应对直流侧单极接地故障方面非常被动，但是因其具有较低的建设成本和对配套设备较低的技术要求，还是被广泛运用在目前实际运行的工程中。

2)基于双极对称接线的MMC-HVDC系统，如图4所示，在发生直流侧单极接地故障之后，目前采取的方法是让故障极换流器退出运行，非故障极换流器继续运行。但是此种接线方式相比于单极对称接线的MMC-HVDC系统而言，每一极的交流侧在正常运行时都要承受一半额定直流电压的直流偏置，因而提高了变压器及联结区相关设备的制造难度，建设成本高，目前世界上唯一采用该接线方式的柔性直流输电工程是连接纳米比亚和赞比亚之间的卡普里维工程。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于单极对称接线配置下的MMC-HVDC系统直流侧单极接地故障的非对称运行控制方法，在隔离直流侧单极接地故障的同时还能继续传输一半的额定有功功率并且为交流系统提供无功支撑，故障期间换流器不需要退出运行，系统恢复速度快，提高了单极对称接线配置下MMC-HVDC系统对直流侧单极接地故障的主动防御能力。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种MMC-HVDC系统的直流侧单极接地故障的非对称运行控制方法，所述MMC-HVDC系统中MMC换流器各桥臂具备负电平输出能力，且桥臂的最小负电平输出能力能达到额定直流电压的一半，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)检测判断直流侧是否发生单极接地故障，是则顺序执行步骤(2)，否则继续检测；

(2)控制直流侧电压U_dc至额定值U_dc0的一半，调整故障极桥臂输出电压中的直流分量为0，调整非故障极桥臂输出电压中的直流分量为额定直流电压的一半，以消除过电压与故障电流；

(3)根据系统要求传输的有功功率和无功功率指令，确定换流器输出三相内电势的参考值e_j，同时根据换流器三相上桥臂总能量ΣW_pj和三相下桥臂总能量ΣW_nj之差，调整三相上、下桥臂输出电压的相角，进而调整三相上、下桥臂输出电压参考值，使非故障极桥臂和故障极桥臂在传输不同功率的同时维持桥臂子模块电容电压的相对平衡，其中，下标j＝a，b，c，分别表示a、b、c三相；