[发明专利]一种限制柔性直流馈入短路电流的控制方法

说明书

本发明公开了一种限制柔性直流馈入短路电流的控制方法，首先设置柔性直流换流站有功模式为定有功功率，无功模式为定无功功率；然后设定换流站的有功参考值为额定值1p.u.；无功参考值为‑0.1p.u.；解锁柔性直流换流站，并分别将有功功率和无功功率提升至对应的参考值运行；当检测到交流系统发生三相短路故障时，迅速改变无功功率限幅值为1.1p.u.；同时迅速增大无功功率参考值至限幅值；短路故障结束后，恢复无功限幅值为初始值，并将无功参考值调回‑0.1p.u.。本发明通过将柔性直流输电系统工作在定无功功率控制模式，在不增加额外装置的前提下，限制柔性直流馈入交流系统的短路电流；且经济有效，安全灵活，实施方式简单，同时保证了输电线路的有效传输功率。

技术领域

本发明涉及技术领域，具体为一种限制柔性直流馈入短路电流的控制方法。

背景技术

近年随着广域交流大电网形成，诸如稳定性降低、短路电流超标等技术问题渐渐涌现，导致其安全隐患争议不断。与此同时，大功率电力电子器件、高压换流等技术、设备发展迅速，其中柔性直流输电凭借可实现异步互联、故障隔离、有功无功快速可控和无换相失败等方面的优势不仅有效应对了当前交流输电面临的困境，并成为业界焦点。然而当今直流工程投运规模显著提升，柔性直流对交流系统短路电流的影响程度也不断加深，其对交流系统短路电流的贡献已不可忽视。

针对柔性直流对交流侧故障的影响和三相短路电流的计算，国内外学者开展了大量的研究。文献(含逆变型分布式电源的电网故障电流特性与故障分析方法研究-孔祥平)从对含逆变型分布式电源的配电网故障分析理论和方法进行探讨和分析；文献(柔性直流输电系统贡献交流短路电流的特性分析及计算方法-易扬)分析了柔性直流输电系统贡献短路电流的特性和机理，提出了含柔性直流输电系统的交直流混联系统短路电流分析和计算的方法，但是并没有指出柔直提供的短路电流于出口电压相位相关；文献(MMC对交流系统三相短路故障短路电流影响的机理研究-卜广全)分析得到柔性直流电网换流站近区发生三相短路故障后，换流站提供短路电流的特征，但对柔性直流馈入交流系统故障电流影响因素分析得不够全面。实际上，现有研究结论仅初步明确了柔性直流所贡献故障电流由总限幅环节决定。

典型的柔性直流控制系统如图1所示，其中外环功率控制器通过矢量控制将控制量解耦并转换成内环电流参考值，内环电流控制器通过调节MMC(modular multilevelconverter,MMC)上下桥臂的差模电压从而保证交流侧电流能快速追踪参考电流，并最终与参考电流一致，实现对换流站功率或电压等电气量的控制。

当换流器控制方式、有功或无功类参数的参考值以及柔直出口电压相位一定时，柔直对外提供的电流一定。因此相对于交流系统而言，当发生三相短路故障后，柔直可视为大小可控的电流源。柔性直流对交流电网短路电流的影响在于发生短路故障后，柔直提供的短路电流将叠加至交流系统短路电流。

以定有功功率控制/定无功功率控制模式为例，换流器控制环节与数学模型分别如图1与式(1)和式(2)所示。

系统正常运行时，换流器输出电流为额定值，相当于幅值为1p.u.的电流源。当柔直出口(point of common coupling,PCC)处发生三相金属性接地短路故障后，其外送功率P受阻瞬间下降到0，但此时其有功参考值P_ref不变，由式(1)与图1可知，有功电流将会持续上升并最终稳定在限幅值1.1p.u.，由于柔直出口电压与系统交流短路电流相位相互垂直，即有功电流与短路电流相位相互垂直，柔直提供的有功电流无法馈入交流系统短路电流。然而无功电流相位与短路电流相位相同，因此该情况下提供短路电流的是无功电流。即当定无功功率参考值设定不为0时，q轴无功电流在故障时将增加到其外环无功控制环节的限幅值。

在常见的交流和高压直流输电系统中，一般采用如下几种措施对短路电流进行限制。