[发明专利]模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及系统

说明书

本发明涉及一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及系统，属直流输电技术领域。本发明首先计算待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差；然后以与待考察拓扑MMC相同电容个数下的半桥式MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差为基准，对待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差进行标幺处理；最后对标幺处理后的量分别乘以对应权重系数后相加，得到的值即为待考察拓扑MMC的直流故障穿越能力评价结果。本发明能够从故障电流抑制能力和故障后子模块过压程度两个方面对各类拓扑MMC的直流故障穿越能力进行量化评价，实现了对MMC的综合评价。

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及系统，属直流输电技术领域。

背景技术

直流故障是MMC柔性直流输电系统运行中的一种常见故障，传统的半桥式子模块MMC在直流短路故障发生时无法通过自身特性迅速抑制故障电流，必须依靠交流断路器或直流断路器才能清楚故障电流。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；一方面配置直流断路器提高了对设备的技术要求，增加了系统成本。为解决MMC柔性直流输电系统的直流故障穿越问题，2010年德国学者RainerMarquardt提出了采用全桥子模块的MMC和采用箝位双子模块的MMC，如图1所示。该类MMC在直流短路故障发生后，能够通过闭锁换流器的方式迅速抑制故障电流，达到保护换流器自身不受损害的目的。此后，国内外学者又提出了多种具有直流故障穿越能力的MMC拓扑结构，如混合式子模块MMC、自阻式子模块MMC等。

多种具有直流故障穿越能力拓扑的出现，极大的丰富了柔性直流输电系统设计人员的选择，因此需要一个量化评价指标对各类拓扑统一考核。有国内学者提出了一种叫做DFRTI的评价指标，将需评价拓扑故障电流对时间的积分与半桥式子模块MMC故障电流对时间的积分两者相比，以表征该类拓扑的故障电流抑制能力。但对于直流故障穿越能力的评价应该是多方面的，除故障电流抑制能力外还应考虑故障后子模块过电压水平和实现该能力所付出的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及系统，以解决目前仅采用故障电流抑制能力来评价故障穿越能力所导致评价结果比较片面的问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法，该评价方法包括以下步骤：

1)计算待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差；

2)以与待考察拓扑MMC相同电容个数下的半桥式MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差为基准，对步骤1)中待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差进行标幺处理；

3)对标幺处理后的量分别乘以对应权重系数后相加，得到的值即为待考察拓扑MMC的直流故障穿越能力评价结果。

该方法包括利用考察拓扑MMC所包含IGBT个数作为成本因数对步骤3)中的评价结果进行修正。

所述修正后的评价结果k为：

其中S_{I_T}为被考察MMC在标准仿真工况下故障电流对时间的积分；S_{I_H}为相同工况下半桥式MMC仿真中故障电流对时间的积分；U_{diff_max_T}与U_{diff_max_H}分别表示被考察拓扑MMC和对应的半桥式MMC在直流故障穿越动作后的最大子模块电压偏差值；n_{IGBT_H}为半桥式MMC中IGBT个数；n_{IGBT_T}为被考察MMC中IGBT个数；D为权重系数，D取值范围为[0,1]。

所述权重系数D可根据实际情况调整，若设置为1，则说明仅考察故障电流抑制能力；若设置为0则表示仅考察拓扑故障后的过电压水平。