[發明專利]一種多端MMC-HVDC雙極短路故障電流計算方法

有效

• 申請號: 201710287491.6
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107069795B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 陳東;梅念;李高望;程煒;趙崢;劉思源;魏爭;李探;陳釗;祝全樂;譚靜;劉崇茹;謝國超;王宇;徐東旭;王潔聰;凌博文
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網北京經濟技術研究院;華北電力大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

本發明涉及一種多端MMC?HVDC雙極短路故障電流計算方法，其特征在于包括以下步驟：1)計算單端MMC?HVDC系統換流站故障等值電路的等值電容、等值電抗和等值電阻；2)計算換流站閉鎖后換流站的放電電流；3)計算多端MMC?HVDC系統中各端換流站無其他換流站影響時的放電電流初始解；4)計算多端MMC?HVDC系統中各直流線路上實際流過的故障電流；5)計算多端MMC?HVDC各端換流站實際故障等值電路的等值電阻和等值電抗；6)重新計算多端MMC?HVDC系統中各端換流站的放電電流；7)重復步驟4)～6)，計算得到多端MMC?HVDC系統各端換流站出口的放電電流值。本發明具有一定的精度和速度，直流電網規劃、直流斷路器選型具有一定的指導意義。

技術領域

本發明涉及一種電力系統故障電流的計算方法，特別是關于一種多端MMC-HVDC雙極短路故障電流計算方法。

背景技術

近年來，隨著電力電子技術的發展，基于可關斷器件的柔性直流輸電系統(voltage source converter HVDC，VSC-HVDC)以其無換相失敗、有功無功獨立控制、易于構成多端電網等優勢，受到越來越多的青睞。柔性直流輸電系統主要分為二、三電平換流器和模塊化多電平換流器(modular multi-level converter，MMC)兩種技術路線。其中模塊化多電平換流器憑借其開關頻率低、輸出波形質量好、對開關一致性要求低、擴展性好等優點，成為電壓源型換流器發展的主流趨勢。

直流側故障清除一直是直流輸電研究的重要議題，直流系統阻尼小，響應時間常數小，故障發展快，控制保護配合難度大。直流側故障又以極間短路最為嚴重，采用模塊化多電平換流器的直流系統發生雙極短路時，所有子模塊會通過故障點放電，幾毫秒內就產生嚴重的過流，對相關設備正常運行產生很大的沖擊。

目前國內外對于直流側故障清除比較公認的方法主要有三類：交流斷路器、換流器自身的直流故障隔離能力和直流斷路器。采用交流斷路器響應速度較慢，最快也需要2-3個周波，此時間內直流側已嚴重過流；同時故障切除后系統的重啟需要時序配合，過程復雜，恢復時間較長。換流器自身的直流故障隔離能力是利用換流器的拓撲結構，采用具備故障隔離的子模塊，如全橋子模塊(full-bridge sub-module,FBSM)、嵌位雙子模塊(clampdouble sub-module,CDSM)等。但總體而言，此種方法會增加開關器件，雖然具有較好的故障穿越特性，但需要所有的換流站均閉鎖，會降低供電可靠性。同時，采用故障隔離功能的換流器拓撲結構，仍然需要配置斷路器，以切斷永久故障線路，恢復其他正常線路運行，因此這種方法會額外增加費用。采用直流斷路器的主要技術瓶頸是高壓直流斷路器的產品化，以及直流斷路器昂貴的成本，因而需要電網規劃及參數設計與直流斷路器容量的相互配合。直流側故障清除能力作為衡量直流輸電系統的重要指標，已成為工程規劃的重要因素。直流側故障發生后要求直流斷路器、換流站保護10ms內配合動作，因此也需要大量的故障仿真測試。而現階段，柔性直流輸電工程向多端高壓大容量方向發展，涉及子模塊眾多，仿真緩慢。因此對直流雙極短路故障機理進行分析和快速計算對一次系統參數設計、直流斷路器選型具有指導意義。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種多端MMC-HVDC雙極短路故障電流計算方法，適用于基于半橋子模塊(half-bridge sub-module,HBSM)的多端MMC-HVDC系統直流側故障，計算精度高，計算速度快，對直流電網規劃、直流斷路器選型具有一定的指導意義。