[发明专利]基于LCC-MMC的能量路由系统及直流故障保护方法

说明书

本发明公开了基于LCC‑MMC的能量路由系统及直流故障保护方法，属于混合高压直流输电技术领域，所述系统的拓扑包括电网相控换流器LCC、模块化多电平变换器MMC、储能装置BESS、改进型混合直流断路器DCCB和直流母线；该系统的能量调控控制方式包括LCC侧定直流电压控制、MMC交流侧功率解耦控制以及储能接口Buck/Boost控制；系统的直流故障保护方法是将储能单元功率切换控制与改进型混合直流断路器DCCB结合形成一套完整的联合故障保护方案。本发明在快速隔离故障电流的同时，能够防止MMC侧交流电流发生畸变，极大程度提高了系统的供电质量，保证了交流电网的可靠稳定运行，有利于故障后系统的快速恢复。

技术领域

本发明涉及混合高压直流输电系统技术领域，尤其是基于LCC-MMC的能量路由系统及直流故障保护方法，适用于中高压远距离输电领域。

背景技术

近年来，随着不可再生能源的存量日益枯竭，环境污染的现象趋于严重，目前应用的单一能源架构恐怕不能满足人类未来的发展需求，因此，为了提高可再生能源的发电水平，缓解世界各国的能源危机，国内外学者提出了能源互联网的概念。能源互联网作为智能电网与可再生能源深度结合的产物，是解决能源危机，促进能源结构转换的新型能源网络。能量路由器是能源互联网的重要组成装备，此设备不仅可以实现电压变换、提供电压隔离、提高可再生分布式能源的利用率以及维护电网的安全运行，还可以对不同交直流端口的电气量进行采样与控制，满足电力系统的调度需求，为能源互联网的稳定运行提供数据保障。

目前国内针对能量路由器的研究大多集中在功能与用途方面，在拓扑结构与控制方面尚处于探索阶段。高压直流输电系统是能量路由器研究所面向的应用领域之一，将电网相控换流器(LCC)与模块化多电平换流器(MMC)结合起来形成的混合高压直流输电系统，具有成本低、输送容量大、可避免换相失败以及操作灵活性强等独特的技术特点。高压直流对于大容量远距离的电能输送、促进新能源的并网及消纳、提高电力系统的稳定运行具有重要意义，但由于高压直流输电系统的直流输电线路较长，存在阻抗小、电路电流无自然过零点及电流上升速率快等故障特性，因此直流短路故障问题一直是高压输电领域亟待解决的关键任务。

针对基于LCC-MMC能量路由系统的直流短路故障解决方案，有学者提出了一种集成直流断路器的模块化多电平变换器(IDCB-MMC)，其采用的直流断路器在主支路两侧串联了由晶闸管和电容组成的能量吸收支路，不仅加速了故障电流的衰减速度，且具有导通损耗小，成本低的特点。但晶闸管的导通会使主开关承受较大压力，容易造成器件损坏。有学者提出的辅助直流断路器采用双向并联晶闸管作为能量耗散支路，解决了直流电网中直流故障难以快速隔离的问题。但当系统发生双极短路故障时，会产生较大的电流震荡，损坏器件的同时还会使得故障清除后的系统无法自动恢复到正常工作状态。还有学者针对以上问题提出了一种改进型直流断路器，该断路器利用反并联晶闸管串联电容组成能量耗散支路，减小了主开关的关断压力，且具有损耗小、应用范围广、故障清除能力强的特性。虽然该直流断路器在发生故障时能够及时动作，阻断故障电流，但由于直流侧不能提供交流侧缺失的功率，故无法维持交流侧电网的稳定运行。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于LCC-MMC的能量路由系统及直流故障保护方法，能够防止直流母线电压瞬间跌落与故障电流急剧增大，在消除直流短路故障的同时需满足交流侧电网稳定运行的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：