[发明专利]一种MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法

说明书

本发明公开了一种MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法，针对不同直流短路故障清除方案所引起的模块电容电压跌落和不平衡程度也各有不同的问题，分别以固态变压器不同端口所接母线为重启电源，提供了直流故障重启方法，不仅能快速准确的将固态变压器中各模块电容充电至额定电压，而且具有较好的通用性，对模块电容电压跌落和不平衡程度不需过度区分，即对所采用的故障清除方案不需有较高的敏感度。

技术领域

本发明涉及一种固态变压器的直流故障快速重启方法，具体涉及一种MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法。

背景技术

随着社会快速发展的需要，能源供给始终面临着巨大压力，而新能源高效利用是缓解这一压力的有效方案。在多种形式能源间的转换以及互联，主要通过固态变压器(solid state transformer，SST)来实现。为了满足中高压应用场合的需要，基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)的固态变压器应运而生，该固态变压器不仅模块化、易扩展和输出波形好等特点，而且使得固态变压器可与能量传输效率更高的中高压直流网络直接相连。然而，在直流网络中不可避免地要面对直流短路故障问题，该故障的发生会瞬时引起较大的短路对系统安全造成极大威胁。虽然，已有较多能处理直流短路故障的方案被提出，但是这些方案普遍还会引起一个后续问题，即故障清除后的系统重启问题，这里主要指短时故障，而非永久故障。所谓的系统重启问题首先是要建立起系统运行前所需的状态，在MMC型多端口固态变压器中就是将所有电容电压恢复到额定值且达到相应的电压平衡状态。在现有的直流故障处理方案中，往往会造成MMC模块电容电压大幅度跌落且模块间电压严重不平衡的情况，其中电压大幅跌落让固态变压器难以为各端口提供相应的额定电压，模块间电压严重不平衡会造成固态变压器的多电平输出电压出现较大畸变，对系统稳定造成重大隐患，并且根据情况的不同电压跌落和不平衡程度也各有不同。特别是有些直流故障穿越方案会造成MMC部分模块电容电压超过其额定电压，对这些模块的电容电压要进行放电控制，而其他模块电容则要进行充电控制，这将增加控制难度。总之，直流故障清除后使得SST难以很快重启运行。

目前现有的重启方案并没有针对MMC型多端口固态变压器的，且由于受拓扑结构的限制，重启方案可用的功率传输路径有限，难以快速实现系统重启，MMC型固态变压器作为能源转换或传输的节点，具有重要的中转作用，因此其系统在直流故障后的快速重启对电网的稳定运行具有重要意义。

发明内容

本发明的目：针对现有的MMC型多端口固态变压器，在其出现直流短路故障后，应用不同的直流短路故障处理方案清除故障后，会出现MMC模块电容电压大幅度跌落和模块间电压严重不平衡的情况，根据清除方案的不电容电压跌落和不平衡程度也各有不同，本发明提出了一种MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法，以固态变压器不同端口所接母线为重启电源，提供了直流故障重启方法，不仅能快速准确的将固态变压器中各电容充电至额定电压，而且具有较好的通用性，对电压跌落和不平衡程度不需过度区分，即对所采用的故障清除方案不需有较高的敏感度。

技术方案：一种MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法，该MMC型多端口固态变压器的拓扑结构包括MMC单元、DC/DC变换器单元和低压变换器单元；所述MMC单元三相中每一相分别由多个HBSM模块和多个以FBSM模块为代表的具有直流故障穿越能力的模块作为基本模块混合串联而成的两个桥臂组成，两个桥臂之间为MMC单元的一相高压交流侧；每个所述基本模块均由直流电容C和电力电子开关组成；所述DC/DC变换器单元由多个DAB电路组成，每个DAB电路的前级均分别与MMC单元的一个基本模块的直流电容C相连；所有DAB电路后级输出端相互并联形成低压直流端口，所述低压直流端口与低压变换器单元的直流侧并联，在所述低压直流端口并联有直流电容C_LVDC；

当以MMC型多端口固态变压器的高压直流端口或高压交流端口所接母线作为重启电源时，包括以下步骤：