[发明专利]一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法和装置

说明书

本发明提供一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法和装置，包括计算模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的平均值，通过过滤平均值中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量；比较上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小，确定死区环节的输出；当死区环节的输出为上、下桥臂电容电压的直流分量之差时，利用基于比例积分控制的比例控制器对其输出进行调节，获取补偿电压；将补偿电压与桥臂参考电压叠加，以实现柔性直流输电系统故障快速恢复控制。从而加快柔性直流输电系统故障发生后快速恢复到原始的运行状态，降低故障对整个系统运行特性的影响，提高系统的运行稳定性。

技术领域

本发明涉及基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)领域，包括两端直流输电技术、多端直流输电技术与直流电网技术等等，具体涉及一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法及装置。

背景技术

世界上能源和环境污染问题已经引起了各个国家的关注，降低化石能源的消耗以及提高可再能源的使用效率是各个国家正在积极努力的方向。随着风电、水电和光伏等可再能源的大力开发，传统交流输电或常规直流输电难以满足电能的输送要求，然而使用VSC-HVDC将这些可再生能源产生的电能以灵活可控的方式外送，有利于提高可再生能源的使用效率。由于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)如附图2所示；输出电压畸变率低，器件开关频率低以及无器件均压等优势条件，成为当前柔性直流输电技术首先拓扑结构，也为构建高压大容量的柔性直流输电系统创造了有利条件。

受限于直流电缆电压等级的制约，架空线输电是当前MMC应用于高压柔性直流输电场合的优先选择方案。当直流输电系统或直流电网采用架空线作为输电线路时，由于架空线没有绝缘层包围，因此在实际工程中经常遭受雷击、闪络以及接地短路故障等等。当短路故障发生之后，直流输电系统中的换流站通过故障点及其交流侧接地装置之间形成电流通路，从而馈入直流故障电流，造成直流输电系统中换流站内部MMC桥臂电容电压快速放电，如附图3所示；导致故障极的电容电压在快速放电之后与非故障极的电容电压之差存在较大的区别。当故障结束之后，MMC 每相上桥臂和下桥臂之间电容电压平均值不再相等，由于MMC桥臂等效电阻较小，上桥臂和下桥臂电容电压平均值之差中的直流分量需要经过较长的时间才能逐渐再平衡。在这一段时间内，MMC内部将存在基波环流，增大了电容电压的波动程度以及系统的损耗。

为了提高整个直流输电系统的运行效率和性能，有必要对故障发生后的柔性直流输电系统进行快速恢复控制，使得MMC桥臂电容电压达到平衡。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提出一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法及装置，解决了故障发生后的柔性直流输电系统难以快速恢复的难题。加快柔性直流输电系统故障发生后快速恢复到原始的运行状态，降低故障对整个系统运行特性的影响，提高系统的运行稳定性。

本发明的技术方案是：

一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法，所述方法包括：

计算模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的平均值，通过过滤平均值中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量；

比较上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小，确定死区环节的输出；

当所述死区环节的输出为上、下桥臂电容电压的直流分量之差时，利用基于比例积分控制的比例控制器对其输出进行调节，获取补偿电压；

将所述补偿电压与模块化多电平换流器的桥臂参考电压叠加，以实现柔性直流输电系统故障快速恢复控制。

优选的，所述获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量包括：