[发明专利]一种柔性直流电网故障限流控制系统、方法及应用

说明书

本发明公开了一种柔性直流电网故障限流控制系统、方法及应用。系统包括极控制器、阀控制器和子模块数量控制模块，子模块数量控制模块用于实现子模块稳态投入数量和暂态投入数量的切换。方法包括在直流电网保护系统检测到直流故障时，换流器投入暂态投入数量的子模块；在直流故障清除后，换流器投入稳态投入数量的子模块。当发生直流故障时，快速减小换流器桥臂投入的子模块数量，从而实现上、下桥臂输出的直流电压之和能够自动匹配由换流器直流母线电压瞬时值以及与该直流母线所连接的所有直流线路的直流电压的瞬时值构成的一组电压序列中的最小值，最终达到限制直流故障电流，减小直流断路器开断电流大小的目的。

技术领域

本发明属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种柔性直流电网故障限流控制系统、方法及应用。

背景技术

柔性直流电网技术在大规模可再生能源的汇集、输送和并网中都有较好的应用前景。对于我国而言，由于风电、光伏大规模开发利用的需要，采用架空线的柔性直流电网技术需求更为迫切。与电缆线路相比，架空线发生故障的概率大增。如何应对架空线路故障是当前制约柔性直流电网技术发展的主要技术瓶颈之一。当前，工程上应对柔性直流电网架空线路故障的方法是采用高速大开断容量的直流断路器被动清除直流故障。由于直流电网阻尼小、直流故障电流上升速度极快，使得故障线路直流断路器的开断电流大小一般高达此线路额定电流的5到10倍，从而对直流断路器的相关技术指标提出了极其严苛的要求，给直流断路器的制造难度和制造成本带来了巨大的挑战。由于在直流电网中直流断路器用量很多，使得直流电网的经济性较差，限制了直流电网的发展和建设。由于直流断路器的成本主要由其开断电流大小决定，因此可以通过充分利用换流器的控制能力，降低直流断路器的开断电流大小，从而达到降低直流断路器成本的目的。

降低直流断路器开断电流大小的一种方法是利用具备清除直流故障能力的换流器限制直流故障电流的增大。该方法的基本实施思路为：通过在换流器中采用适当的控制策略或者直接闭锁换流器来达到限制直流故障电流增长，减小直流断路器开断电流大小的目的。例如，专利201610907921.5公开了一种模块化多电平换流器的交直流解控制方法及其应用，其特征在于在发生直流故障时，快速减小换流器的直流电流控制器输出，进而实现限制直流故障电流，降低直流断路器开断电流大小的目的。该方法的存在两个局限性：局限性之一为，在发生高阻故障时，换流器的直流电压仍处于较高的水平，换流器仍具备传输部分直流功率的潜力，此时强迫将换流器输出的直流电压置零会导致换流器在故障期间全部失去传输有功功率的能力，降低了换流器或者直流电网的利用率。局限性之二为，这种方法只适应于特定类型的换流器，即对换流器的拓扑结构提出了严格的限制条件。只有在使用自身具备清除直流故障的能力的换流器(比如，子模块混合型模块化多电平换流器、全桥型模块化多电平换流器等)时，才能使用这种方法。而对于不具备清除直流故障能力的换流器(比如，半桥型模块化多电平换流器、常规两电平电压源换流器等)，这种方法将不再适用。

可以看到，现有技术在限制直流故障电流、减小直流断路器开断电流大小等需求时都存在着一定的缺陷或者不足。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性直流电网故障限流控制方法，旨在解决直流故障电流增长过快、直流断路器开断电流过大导致直流断路器成本较高及其制造难度较大、直流电网经济性差的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性直流电网故障限流控制系统，包括极控制器、阀控制器和子模块数量控制模块，极控制器和阀控制器通过子模块数量控制模块连接；极控制器输出子模块稳态投入数量；子模块数量控制模块用于实现子模块稳态投入数量和暂态投入数量的切换；阀控制器输出子模块数量最终值。