[发明专利]电网故障下增强MMC换流站功率送出能力的控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种电网电压不对称跌落故障下增强MMC换流站功率送出能力的控制方法，这种方法针对电网不对称故障下MMC换流站由于存在零序与负序电流，导致功率送出能力显著下降的问题，通过一个二阶广义积分器实现了对于零序电流成分的抑制，并能够与已有的正负序解耦控制方法相结合，在电网电压不对称跌落时对电流中的零序分量与负序分量进行充分抑制，有效提升MMC换流站的功率送出能力，从而减少DC chopper的投入次数，在故障较轻时甚至能够在无需投入DC chopper的条件下实现系统的故障穿越运行。本发明中提出的改进控制策略实现十分简单，具有较强的实用性。

技术领域

本发明涉及一种电网故障下增强MMC换流站功率送出能力的控制方法及系统，适用于电力电子技术领域。

背景技术

随着全球环境污染与能源危机问题的日益严峻，大力发展可再生能源成为了世界各国发展的共识。柔性直流输电技术在大规模可再生能源的汇集和输送过程中有十分良好的应用前景，取得了广泛的关注。尤其对于远距离海上风电场来说，柔性直流输电技术已经成为其接入陆上大电网的最优选择。与基于两电平或三电平拓扑的柔性直流输电技术相比，基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，波形质量高，运行损耗低等优点，因而得到了广泛应用。

然而，当接入的大电网发生故障时，柔性直流输电系统也会受到严重影响。以海上风电柔直送出系统为例，当陆上大电网发生电压跌落事故时，陆上MMC换流站的功率送出能力将会严重降低，而由于风机的输出功率无法在短时间内衰减，海上MMC换流站的输入功率也很难在第一时间进行衰减，过剩的功率将会使柔性直流输电系统的直流母线电压迅速上升，如不采取有效措施，将会导致整个直流系统脱网，严重影响发电效率与局部电网的安全稳定。因此，研究MMC换流站在电网故障下的故障穿越策略具有重要的意义。

目前，对于交流电网故障下MMC换流站的故障穿越策略的研究还比较有限，已有的研究主要集中于在故障发生时投入DC chopper消耗掉盈余的功率，这种方法的有效性取决于耗能电阻的容量，对于大功率直流输电系统而言，成本很高，而且只能够短时间歇性地投入。

事实上，交流大电网的故障以单相短路故障等不对称故障居多，当不对称故障发生时，MMC换流站仍然具备一定的功率输送能力。此时，考虑如何通过采用合适的控制策略以增强在电网发生不对称故障时MMC换流站的功率送出能力，能够有效缩短DC chopper的投入时间，甚至在无需DC chopper投入的条件下实现系统的故障穿越运行，具有重要意义。

针对电网不对称故障，已有研究提出了一种在正反转同步坐标系下对电流的正负序分量进行分别控制的控制策略，能够有效地抑制负序电流。然而，对于MMC换流站来说，当大电网发生单相接地等电压不对称跌落故障时，故障点与MMC之间由联接变压器相连，当联接变压器采用Y₀/Y₀接法时，还会产生额外的零序回路。此时，MMC换流器的输出电流中将会包含大量零序分量，进一步导致电流波形畸变，严重影响换流器的功率送出能力。

发明内容

针对上述存在的问题，提供一种电网故障下增强MMC换流站功率送出能力的控制方法及系统，以在故障发生时有效提升MMC换流站的功率送出能力，减少DC chopper的投入次数。

本发明所采用的技术方案是：一种电网故障下增强MMC换流站功率送出能力的控制方法，其特征在于：通过一个二阶广义积分器实现了对于零序电流成分的抑制，并与正负序解耦控制方法相结合，在电网电压不对称跌落时对电流中的零序分量与负序分量进行充分抑制，从而提升MMC换流站的功率送出能力。

包括如下步骤：

采集MMC交流电网侧三相电压U_sabc，三相电流I_sabc和联接变压器阀侧三相电流I_vabc，MMC上、下桥臂电流I_pabc和I_nabc，以及直流侧直流母线电压U_dc；