[發明專利]一種基于直流母線雙極等電位的MMC-HVDC直流短路故障穿越方法

有效

• 申請號: 201710225065.X
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107231085B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 王穎杰;左慧芳;楊波;許賀;李炎;王超;曾偉;焦嵐軼;毛偃宇
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M7/483
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明涉及一種基于直流母線雙極等電位的MMC?HVDC直流短路故障穿越方法，屬于柔性直流輸電系統直流故障保護方法。該方法通過控制MMC直流側母線雙極電位近似相等，使直流側短路故障電流接近為零，在MMC可控的情況下實現直流雙極短路故障穿越。基本原理為檢測到直流短路電流后迅速切換到故障運行模式，根據電網電壓的極性選擇MMC三相上、下橋臂的閉鎖和導通，將MMC電路拓撲等效為鏈式星型拓撲，控制三相導通的上、下橋臂電壓抵住電網電壓，實現直流母線雙極電位近似相等，達到直流側短路故障電流接近為零。本方法無需交流斷路器，并在故障穿越期間維持MMC子模塊電容電壓平衡，故障消除后，可迅速恢復功率傳輸。

技術領域

發明涉及一種基于直流母線雙極等電位的MMC-HVDC直流短路故障穿越方法，屬于柔性直流輸電系統直流故障控制保護方法。

背景技術

基于MMC的柔性直流輸電技術，具有經濟靈活、可以向無源網絡供電、獨立的控制有功功率和無功功率和輸出電能質量高等優勢，已被廣泛應用在風電場并網、異步電網互聯，遠距離大容量輸電等領域。柔性直流輸電雖然有上述眾多優勢，但是目前存在的柔性直流輸電工程中，不論是兩電平、三電平還是半橋型的MMC拓撲，都不能在直流側線路發生故障時通過閉鎖換流器快速阻斷故障電流。并且由于直流故障電流無法自然過零點，熄弧困難，柔性直流系統中、大容量直流斷路器的商業應用尚不成熟。

目前，針對該問題主要的解決方法就是利用換流器自身實現直流故障自清除。近年來國內外學者提出的各類具有直流故障自清除能力MMC子模塊，包括：全橋子模塊拓撲結構和箝位雙子模塊、串聯雙子模塊、混合型子模塊、增強自阻型子模塊、二極管箝位型子模塊等半橋型改進拓撲如圖4所示。這些半橋型改進拓撲結構既保留了直流故障自清除的能力又降低了全橋子模塊所需的電力電子器件的數量。MMC直流側發生故障之后，迅速的閉鎖換流器可以快速的阻斷故障電流，并且子模塊的電容電壓在沒有功率消耗的情況下會保持不變，有利于換流器故障消除后的重新啟動和直流側電壓的建立。但是實際工程中，子模塊具有恒功率負載特性，換流器閉鎖后子模塊電容電壓會出現逐漸下降并發散的現象，最終導致交流斷路器跳閘。為了解決這一問題，有文獻提出來針對全橋子模塊的MMC直流側故障穿越方法，使換流器在故障期間保持可控的狀態，通過控制直流側正負極電壓為零，并維持電容電壓的平衡，實現直流側的故障穿越。這種方法只能適用于全橋子模塊結構，采用的IGBT比半橋型子模塊多了一倍。所以現在亟待需要提出一種新型的MMC-HVDC直流雙極短路故障穿越方法。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種基于直流母線雙極等電位的MMC-HVDC直流短路故障穿越方法，在換流器可控的情況下控制上、下橋臂電壓抵住電網電壓以達到控制直流側短路電流接近為零的目的，并在故障穿越期間并維持直流側電容電壓的平衡。

技術方案：一種基于直流母線雙極等電位的MMC-HVDC直流短路故障穿越方法，包括如下步驟：

步驟1，檢測是否發生直流雙極短路故障，故障發生后換流器的控制方式由正常運行模式切換到故障穿越模式；

步驟2，運行故障穿越模式；

步驟3，判斷直流側線路雙極短路故障是否已經清除，故障清除以后切換回正常運行模式，恢復功率傳輸。

作為本發明的優選方案，所述步驟2包括如下具體步驟：

步驟2.1，采集電網電壓u_sa，u_sb，u_sc和網側電流i_a，i_b，i_c并對電網電壓和網側電流進行Clark和Park變換，得到d軸分量和q軸分量的電網電壓u_sd，u_sq和網側電流i_d，i_q；