[發(fā)明專利]MMC-HVDC系統(tǒng)直流側(cè)單極接地故障的非對(duì)稱運(yùn)行控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510961601.3
• 申請(qǐng)日: 2015-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN105406500A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡家兵;徐克成;萬敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/36
• 分類號(hào): H02J3/36
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多電平電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種MMC-HVDC系統(tǒng)直流側(cè)單極接地故障的非對(duì)稱運(yùn)行控制方法。

背景技術(shù)

基于柔性直流輸電的直流電網(wǎng)技術(shù)，在大規(guī)模分布式可再生能源接入、海洋群島供電、海上風(fēng)電場(chǎng)群集中送出、新型城市電網(wǎng)構(gòu)建等方面，被認(rèn)為是最有效的技術(shù)方案，已成為目前國際電力領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。直流輸電網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)及構(gòu)建，已經(jīng)成為未來電網(wǎng)的重要發(fā)展方向和組成部分。基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電(ModularMultilevelConverterBasedHighVoltageDirectCurrent,MMC-HVDC)系統(tǒng)因其在系統(tǒng)損耗、容量提升、電磁兼容、故障管理等方面的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在柔性直流輸電技術(shù)中取得了重要地位。

在MMC-HVDC直流輸電系統(tǒng)中，直流線路單極接地故障雖然沒有極間故障后果嚴(yán)重，但是其發(fā)生的可能性較大，而且單極接地故障發(fā)生后，會(huì)引起直流正、負(fù)母線電壓不平衡，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以需要對(duì)其故障處理方式進(jìn)行專門的研究。目前針對(duì)不同接線方式下的MMC-HVDC系統(tǒng)直流側(cè)單極接地故障處理方式如下：

1)基于單極對(duì)稱接線的MMC-HVDC系統(tǒng)，其單極接地故障特征與系統(tǒng)接地方式密切相關(guān)，目前主要的三種系統(tǒng)接地方式分別為：交流側(cè)并聯(lián)星形電抗經(jīng)電阻接地，交流側(cè)聯(lián)結(jié)變壓器Y繞組經(jīng)接地電阻接地和直流側(cè)并聯(lián)鉗位電阻接地，分別如圖1、圖2和圖3所示。以上三種接地方式的系統(tǒng)在發(fā)生直流側(cè)單極接地故障后都會(huì)在交流側(cè)產(chǎn)生接近一半額定直流電壓大小的直流偏置，同時(shí)直流側(cè)非故障極的母線電壓增大到正常運(yùn)行時(shí)的兩倍，故障產(chǎn)生的過電壓威脅交直流系統(tǒng)的絕緣安全。不僅如此，采用交流側(cè)接地的MMC-HVDC系統(tǒng)還會(huì)在接地點(diǎn)產(chǎn)生較大的故障電流，加快系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的腐蝕。單極對(duì)稱接線的MMC-HVDC系統(tǒng)目前處理直流側(cè)單極接地故障的方法是通過在故障后閉鎖換流器，然后斷開交流側(cè)斷路器，消除交、直流系統(tǒng)過電壓和故障電流，這意味著故障后系統(tǒng)將暫時(shí)退出運(yùn)行，需等待故障消除后才能恢復(fù)。雖然單極對(duì)稱接線配置下MMC-HVDC在應(yīng)對(duì)直流側(cè)單極接地故障方面非常被動(dòng)，但是因其具有較低的建設(shè)成本和對(duì)配套設(shè)備較低的技術(shù)要求，還是被廣泛運(yùn)用在目前實(shí)際運(yùn)行的工程中。

2)基于雙極對(duì)稱接線的MMC-HVDC系統(tǒng)，如圖4所示，在發(fā)生直流側(cè)單極接地故障之后，目前采取的方法是讓故障極換流器退出運(yùn)行，非故障極換流器繼續(xù)運(yùn)行。但是此種接線方式相比于單極對(duì)稱接線的MMC-HVDC系統(tǒng)而言，每一極的交流側(cè)在正常運(yùn)行時(shí)都要承受一半額定直流電壓的直流偏置，因而提高了變壓器及聯(lián)結(jié)區(qū)相關(guān)設(shè)備的制造難度，建設(shè)成本高，目前世界上唯一采用該接線方式的柔性直流輸電工程是連接納米比亞和贊比亞之間的卡普里維工程。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于單極對(duì)稱接線配置下的MMC-HVDC系統(tǒng)直流側(cè)單極接地故障的非對(duì)稱運(yùn)行控制方法，在隔離直流側(cè)單極接地故障的同時(shí)還能繼續(xù)傳輸一半的額定有功功率并且為交流系統(tǒng)提供無功支撐，故障期間換流器不需要退出運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)速度快，提高了單極對(duì)稱接線配置下MMC-HVDC系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)單極接地故障的主動(dòng)防御能力。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種MMC-HVDC系統(tǒng)的直流側(cè)單極接地故障的非對(duì)稱運(yùn)行控制方法，所述MMC-HVDC系統(tǒng)中MMC換流器各橋臂具備負(fù)電平輸出能力，且橋臂的最小負(fù)電平輸出能力能達(dá)到額定直流電壓的一半，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)檢測(cè)判斷直流側(cè)是否發(fā)生單極接地故障，是則順序執(zhí)行步驟(2)，否則繼續(xù)檢測(cè)；

(2)控制直流側(cè)電壓U_dc至額定值U_dc0的一半，調(diào)整故障極橋臂輸出電壓中的直流分量為0，調(diào)整非故障極橋臂輸出電壓中的直流分量為額定直流電壓的一半，以消除過電壓與故障電流；

(3)根據(jù)系統(tǒng)要求傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率指令，確定換流器輸出三相內(nèi)電勢(shì)的參考值e_j，同時(shí)根據(jù)換流器三相上橋臂總能量ΣW_pj和三相下橋臂總能量ΣW_nj之差，調(diào)整三相上、下橋臂輸出電壓的相角，進(jìn)而調(diào)整三相上、下橋臂輸出電壓參考值，使非故障極橋臂和故障極橋臂在傳輸不同功率的同時(shí)維持橋臂子模塊電容電壓的相對(duì)平衡，其中，下標(biāo)j＝a，b，c，分別表示a、b、c三相；