[实用新型]一种多端MMC‑HVDC双极短路故障的放电电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力系统故障分析领域，特别是关于一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展，基于可关断器件的柔性直流输电系统(voltage source converter HVDC，VSC-HVDC)以其无换相失败、有功无功独立控制、易于构成多端电网等优势，受到越来越多的青睐。柔性直流输电系统主要分为二、三电平换流器和模块化多电平换流器(modular multi-level converter，MMC)两种技术路线。其中模块化多电平换流器凭借其开关频率低、输出波形质量好、对开关一致性要求低、扩展性好等优点，成为电压源型换流器发展的主流趋势。

直流侧故障清除一直是直流输电研究的重要议题，直流系统阻尼小，响应时间常数小，故障发展快，控制保护配合难度大。直流侧故障又以极间短路最为严重，采用模块化多电平换流器的直流系统发生双极短路时，所有子模块会通过故障点放电，几毫秒内就产生严重的过流，对相关设备正常运行产生很大的冲击。

目前国内外对于直流侧故障清除比较公认的方法主要有三类：交流断路器、换流器自身的直流故障隔离能力和直流断路器。采用交流断路器响应速度较慢，最快也需要2-3个周波，此时间内直流侧已严重过流；同时故障切除后系统的重启需要时序配合，过程复杂，恢复时间较长。换流器自身的直流故障隔离能力是利用换流器的拓扑结构，采用具备故障隔离的子模块，如全桥子模块(full-bridge sub-module,FBSM)、嵌位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)等。但总体而言，此种方法会增加开关器件，虽然具有较好的故障穿越特性，但需要所有的换流站均闭锁，会降低供电可靠性。同时，采用故障隔离功能的换流器拓扑结构，仍然需要配置断路器，以切断永久故障线路，恢复其他正常线路运行，因此这种方法会额外增加费用。采用直流断路器的主要技术瓶颈是高压直流断路器的产品化，以及直流断路器昂贵的成本，因而需要电网规划及参数设计与直流断路器容量的相互配合。直流侧故障清除能力作为衡量直流输电系统的重要指标，已成为工程规划的重要因素。直流侧故障发生后要求直流断路器、换流站保护10ms内配合动作，因此也需要大量的故障仿真测试。而现阶段，柔性直流输电工程向多端高压大容量方向发展，涉及子模块众多，仿真缓慢。因此对直流双极短路故障机理进行分析和快速计算对一次系统参数设计、直流断路器选型具有指导意义。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路，适用于基于半桥子模块(half-bridge sub-module,HBSM)的多端MMC-HVDC系统直流侧故障，对直流电网规划、直流断路器选型具有一定的指导意义。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路，其特征在于：该放电电路为四端环网式并联MMC-HVDC系统发生直流侧故障时的其中一换流站的放电电路；所述四端环网式并联MMC-HVDC系统包括第一～第四共四个换流站，各端换流站之间通过直流传输线两两相连通，所述第一换流站与所述第二、第三换流站之间分别为第一、第二直流传输线，所述第三、第四换流站与故障点之间分别为第三、第四直流传输线，所述第四换流站与第二换流站之间为第五直流传输线；所述第一换流站的放电电路包括三个放电支路，所述三个放电支路并联后两端分别通过平波电抗与故障电路相连；所述故障电路包括两并联的直流支路，其中第一直流支路包括相互串联的第一、第四、第五电阻，且所述第一、第四、第五电阻两端并联第一、第四和第五反向电流源；第二直流支路包括相互串联的第二、第三电阻，且所述第二、第三电阻两端分别并联第二、第三反向电流源。

所述第一～第五电阻的阻值分别与所述第一～到第五直流传输线的等值阻抗相等。

所述第一、第四和第五反向电流源的电流值分别与所述第一、第四和第五直流传输线上实际流过的故障电流与所述第一换流站出口放电电流在所述第一直流传输线上的分量之差相等；所述第二、第三反向电流源的电流值分别与所述第二、第三直流传输线上实际流过的故障电流与所述第一换流站出口放电电流在所述第二直流传输线上的分量之差相等。