[发明专利]一种提升柔性直流输电交流侧故障穿越能力的控制方法

说明书

本发明公开了一种提升柔性直流输电交流侧故障穿越能力的控制方法，该方法为：以电容值可变的等效电容对模块化多电平换流站上下桥臂进行数学建模获得数学模型，根据该数学模型，分析得出MMC换流站交直流侧实时功率值与MMC换流站直流侧电压值之间的解析关系，根据该解析关系推导出交流侧发生故障时换流站交直流侧功率之间的不平衡程度与直流侧电压跌落量之间的关系，再根据该关系，确定换流站功率调整实时目标值。本发明明显降低换流站交直流侧的功率不平衡程度，从而减轻已有的外环功率控制和内环电流控制的功率调节压力，间接提升了已有控制策略的控制效果，能够很好的提高直流电压的稳定性。

技术领域

本发明属于基于MMC换流器的两端或者多端柔性直流输电系统技术领域，具体涉及一种提升柔性直流输电交流侧故障穿越能力的控制方法。

背景技术

我国的能源分布和负荷分布不匹配，能源富余区域与重负荷区域距离较远，为了实现能源的高效配置和充分利用，必须发展大容量远距离输电技术，同时直流异步互联还有避免大面积连锁故障发生、消除低频振荡问题、不会加重交流电网短路电流水等作用。模块化多电平柔性直流输电技术具有占地面积小、无换相失败问题、结构多变、方便扩展等诸多优良特性，因此在直流电能传输及区域交流电网互联方面具有非常广阔的应用前景。目前我国在上海、南澳、舟山以及厦门等地已开展和建设了一批柔性直流输电工程，美国建设的跨湾工程(Trans Bay Cable Project,TBC)以及法国—西班牙的电网互联工程(INELFE)也采用了柔性直流输电技术。

柔性直流输电系统稳定运行的关键在于直流电压的稳定性，目前针对柔性直流输电系统已经提出了诸多成熟的控制方法和策略，对于两端柔性直流输电系统一般采用定电压站和定功率站相配合的控制方法，对于多端柔性直流输电系统常采用主从控制、下垂控制等方法。这些控制方法在进行功率调整时都有一个可控裕度，当交流侧发生严重故障时，由于故障瞬间换流站交直流侧交换功率产生很大的不平衡，这种不平衡的程度会超过已有控制方法的功率调整可控裕度，出现调节能力不足，导致直流侧电压失稳，换流站退出运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种提升柔性直流输电交流侧故障穿越能力的控制方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种提升柔性直流输电交流侧故障穿越能力的控制方法，该方法为：以电容值可变的等效电容对模块化多电平换流站上下桥臂进行数学建模获得数学模型，根据该数学模型，分析得出MMC换流站交直流侧实时功率值与MMC换流站直流侧电压值之间的解析关系，根据该解析关系推导出交流侧发生故障时换流站交直流侧功率之间的不平衡程度与直流侧电压跌落量之间的关系，再根据该关系，确定换流站功率调整实时目标值。

一种提升柔性直流输电交流侧故障穿越能力的控制方法，该方法的具体步骤如下：

将上桥臂与下桥臂分别用一个电容值可变的电容来进行等效，设a相的上桥臂等效电容a相下桥臂的等效电容为得到如下关系式：

式中N为上下桥臂投入的子模块数量之和，C为单个子模块的电容值，ω为系统角频率、t为时间；

将换流站上桥臂和下桥臂流过电流一个完整的变化周期划分为四个阶段，结合式(1)，得到换流站直流电压ΔU_dc的变化解析表达式，如下：

式中I为流过上桥臂和下桥臂的交流基波分量的幅值，i为流经上下桥臂的直流分量大小的三分之一，为电压电流相角差；

根据式(2)可知，直流侧电压的波动主要是由直流侧和交流侧的注入电流即注入功率的不平衡程度决定的，基于此，在原有MMC换流站控制框架之前添加一个控制环节，该控制环节用于对原来输入换流站控制环节的功率控制目标值进行优化处理，从而减少换流器交直流侧的功率传输不平衡程度，抑制直流电压波动；