[发明专利]基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法

说明书

本发明涉及一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法，属于柔性直流输电技术领域。首先降低桥臂电压直流分量限流方法设计，根据稳态运行时的调制比使MMC直流出口电压降至故障前的m倍，交流出口电压不发生改变，能够降低直流故障电流的大小且不影响交流出口特性。后又通过降低桥臂电压交直流分量，使直流出口电压降至故障前的km倍，交流出口电压降至故障前的k倍，能够更好的限流故障电流。设计了满足桥臂不闭锁约束条件的主动限流方法参数选取原则。通过设定直流电压和直流电流变化率的阈值，对基于桥臂电压控制的主动限流方法的控制系统进行了设计。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别涉及一种柔性直流电网直流侧故障所引起直流故障电流的抑制方法，尤指一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。

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。基于MMC的柔性直流电网是实现大规模可再生能源汇集与远距离外送的必要手段。然而，与交流电网相比，直流电网具有低阻尼的特性，故障电流上升快且清除困难。针对柔性直流电网的建设，主要有两种技术方案。一种是使用具有故障阻断能力的改进型子模块，由于该方案极大增加了系统的建设成本及运行损耗，难以在实际工程中大规模应用。另外一种方案是使用在建设成本与运行损耗方面都具有优势的半桥型MMC，但因半桥MMC不具备直流故障阻断能力，直流侧故障时需借助直流断路器进行电流阻断与能量耗散，过大的直流电流给直流断路器的设计带来了巨大挑战。因此，降低直流故障电流是直流电网大规模应用的关键。

现有的故障限流手段大都依赖于附加装置。其中最简单的途径是在线路中架设限流电抗器，然而限流电抗器过大不仅大幅增加建设成本还将影响系统的动态性与稳定性。限流装置的使用将解决直流电流上升速度快的难题，但由于其制造困难、成本高，在工程上应用还难以实现。除限流装置外，在开发利用MMC自身限流能力方面的研究也逐渐深入。MMC中存在大量的电力电子器件，具有高可控性，设计合理的控制策略可以在不增加附加投资与损耗的情况下限制故障电流。通过在控制系统中设置映射虚拟阻抗的传递函数能够有效减小故障期间交流系统对桥臂的电流馈入，降低了桥臂电流，但不能限制故障期间子模块电容放电，对直流电流限制效果不明显。现有的各种限流方法虽能在一定程度上限制故障时的短路电流，但未兼顾桥臂安全与MMC的限流能力。因此，在更加合理的开发MMC故障限流能力方面还需要开展深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明通过分析系统元件参数、直流电压对故障电流影响规律的基础上，考虑限流策略对桥臂电流的影响，提出了控制参数的选取原则，在保证换流器交流侧电压、桥臂电流满足运行要求的前提下降低桥臂电压直流分量，抑制了直流电流上升率。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法，包括以下步骤：

步骤(1)设计降低桥臂电压直流分量限流的方法，采取在故障发生后根据系统调制比m对桥臂参考电压进行调整，把MMC直流出口电压降至故障前m倍；

步骤(2)设计降低桥臂电压交直流分量限流的方法，在步骤(1)的基础上，将桥臂参考电压的交直流分量按比例缩小k倍；

步骤(3)选取主动限流方法的参数，满足桥臂不闭锁约束条件；

步骤(4)设计主动限流方法的控制系统，通过设计直流电压和直流电流变化率的阈值，使控制系统只有在发生直流侧故障时才进行启动。