[发明专利]基于附加虚拟电感系数的换流器直流侧故障电流抑制方法

说明书

本发明涉及一种基于附加虚拟电感系数的换流器直流侧故障电流抑制方法，属于柔性直流输电技术领域。首先提出了换流器出口短路故障后子模块部分切除对交流系统影响的计算方法，综合考虑IGBT器件的通流容量和直流断路器的开断能力，提出一种减少故障后子模块的投入比例的换流器直流侧短路故障故障电流的抑制方法，同时提出一种通过虚拟电感系数映射入控制系统中自适应改变故障后又子模块投入比例的故障电流抑制方法，并给出了虚拟电感系数的整定方法。本发明在MMC换流器上应用能够有效的降低故障电流的上升速率，减少直流断路器切断故障器件的过电流应力，与附加限流设备进行故障电流抑制的方法相比具有良好的经济性和实用性。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别涉及一种MMC换流器的直流故障电流抑制方法，尤指一种基于附加虚拟电感系数的换流器直流侧故障电流抑制方法。

背景技术

2001年，德国学者R.Marquardt和A.Lesnicar提出模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，MMC)，推动了高压直流输电(high voltage direct currenttransmission，HVDC)技术的发展。迄今为止，国内已投运的MMC-HVDC工程有：上海南汇示范工程、南澳工程、舟山工程和厦门工程等。这些工程都采用电缆输电，但与架空线相比，电缆造价高，故障多为永久性，不便于检修和维护。所以，将柔性直流输电技术扩展到架空线输电场合是电网未来发展的一个趋势。

相对于电缆而言，架空线发生短路故障的机率较大，因此，故障清除和故障保护问题尤为重要。现有的故障清除方式中，直流断路器能够在很短的时间内切断故障电流，但在实际情况中，故障电流往往很大，而由于技术的限制，直流断路器开断电流的能力又有限。此外，由于采用了大量的电力电子器件，导致直流断路器成本很高。另一种方式是采用带有故障自清除能力的子模块，如全桥型子模块、箝位双子模块等。这类子模块能够通过自身产生一个反向电压，在短时间内阻断故障电流。但与半桥型子模块相比，这类子模块的电力电子器件数量和损耗均有所增加，经济性很大程度上限制了它们在实际工程中的应用。目前为止，针对换流器的直流侧故障，采用的故障电流抑制方法都还是依赖于改变子模块的拓扑结构以及附加外在的限流设备进行故障限流，这些限流措施都存在着通态损耗过高和控制系统附加的缺点，尚没有对通过改变换流器故障后的控制措施来进行MMC换流器故障电流限制的做法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于附加虚拟电感系数的换流器直流侧故障电流抑制方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明提出了在换流器故障后根据交流系统对电压跌落的承受能力和直流断路器的开断容量综合考虑的子模块最低投入比例的选取方法，并根据IGBT期间的通流容量在保证换流器不闭锁的条件下介绍了故障后子模块投入比例的安全区间的计算方法，此外，引入一个虚拟电感系数，将电感系数映射入控系统进行直流侧故障电流抑制，最终形成了一套完成的MMC直流侧故障电流抑制方法，此方法可以应用于柔性直流电网的直流侧故障电流抑制。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于附加虚拟电感系数的换流器直流侧故障电流抑制方法，包括以下步骤：

步骤(1)换流器故障放电回路的等效；

步骤(2)子模块部分切除后交流电流的计算；

步骤(3)故障后子模块投入比例计算；

步骤(4)虚拟电感系数的整定。

步骤(1)所述的换流器故障放电回路的等效，采用MMC换流器直流侧发生极间短路故障后的放电回路等效的方法。

步骤(2)所述的子模块部分切除后交流电流的计算，具体步骤如下：

故障后因切除子模块产生的直流电压跌落ΔU_dc、交流电压跌落ΔU_diff、交流电流分量ΔI_ac分别为：