[發明專利]一種柔性直流輸電系統故障快速恢復控制方法和裝置

有效

• 申請號: 201710390261.2
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN108933540B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 楊杰;李云豐;吳亞楠;孔明;范征;賀之淵
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院;國家電網公司;國網上海市電力公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02J3/36
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明提供一種柔性直流輸電系統故障快速恢復控制方法和裝置，包括計算模塊化多電平換流器各相上、下橋臂電容電壓的平均值，通過過濾平均值中的基波分量獲得模塊化多電平換流器各相上、下橋臂電容電壓的直流分量；比較上、下橋臂電容電壓的直流分量之差與死區環節預設閾值之間的大小，確定死區環節的輸出；當死區環節的輸出為上、下橋臂電容電壓的直流分量之差時，利用基于比例積分控制的比例控制器對其輸出進行調節，獲取補償電壓；將補償電壓與橋臂參考電壓疊加，以實現柔性直流輸電系統故障快速恢復控制。從而加快柔性直流輸電系統故障發生后快速恢復到原始的運行狀態，降低故障對整個系統運行特性的影響，提高系統的運行穩定性。

技術領域

本發明涉及基于電壓源型換流器(voltage source converter,VSC)的高壓直流輸電(high voltage direct current,HVDC)領域，包括兩端直流輸電技術、多端直流輸電技術與直流電網技術等等，具體涉及一種柔性直流輸電系統故障快速恢復控制方法及裝置。

背景技術

世界上能源和環境污染問題已經引起了各個國家的關注，降低化石能源的消耗以及提高可再能源的使用效率是各個國家正在積極努力的方向。隨著風電、水電和光伏等可再能源的大力開發，傳統交流輸電或常規直流輸電難以滿足電能的輸送要求，然而使用VSC-HVDC將這些可再生能源產生的電能以靈活可控的方式外送，有利于提高可再生能源的使用效率。由于模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)如附圖2所示；輸出電壓畸變率低，器件開關頻率低以及無器件均壓等優勢條件，成為當前柔性直流輸電技術首先拓撲結構，也為構建高壓大容量的柔性直流輸電系統創造了有利條件。

受限于直流電纜電壓等級的制約，架空線輸電是當前MMC應用于高壓柔性直流輸電場合的優先選擇方案。當直流輸電系統或直流電網采用架空線作為輸電線路時，由于架空線沒有絕緣層包圍，因此在實際工程中經常遭受雷擊、閃絡以及接地短路故障等等。當短路故障發生之后，直流輸電系統中的換流站通過故障點及其交流側接地裝置之間形成電流通路，從而饋入直流故障電流，造成直流輸電系統中換流站內部MMC橋臂電容電壓快速放電，如附圖3所示；導致故障極的電容電壓在快速放電之后與非故障極的電容電壓之差存在較大的區別。當故障結束之后，MMC 每相上橋臂和下橋臂之間電容電壓平均值不再相等，由于MMC橋臂等效電阻較小，上橋臂和下橋臂電容電壓平均值之差中的直流分量需要經過較長的時間才能逐漸再平衡。在這一段時間內，MMC內部將存在基波環流，增大了電容電壓的波動程度以及系統的損耗。

為了提高整個直流輸電系統的運行效率和性能，有必要對故障發生后的柔性直流輸電系統進行快速恢復控制，使得MMC橋臂電容電壓達到平衡。

發明內容

為了滿足現有技術的需要，本發明提出一種柔性直流輸電系統故障快速恢復控制方法及裝置，解決了故障發生后的柔性直流輸電系統難以快速恢復的難題。加快柔性直流輸電系統故障發生后快速恢復到原始的運行狀態，降低故障對整個系統運行特性的影響，提高系統的運行穩定性。

本發明的技術方案是：

一種柔性直流輸電系統故障快速恢復控制方法，所述方法包括：

計算模塊化多電平換流器各相上、下橋臂電容電壓的平均值，通過過濾平均值中的基波分量獲得模塊化多電平換流器各相上、下橋臂電容電壓的直流分量；

比較上、下橋臂電容電壓的直流分量之差與死區環節預設閾值之間的大小，確定死區環節的輸出；

當所述死區環節的輸出為上、下橋臂電容電壓的直流分量之差時，利用基于比例積分控制的比例控制器對其輸出進行調節，獲取補償電壓；

將所述補償電壓與模塊化多電平換流器的橋臂參考電壓疊加，以實現柔性直流輸電系統故障快速恢復控制。

優選的，所述獲得模塊化多電平換流器各相上、下橋臂電容電壓的直流分量包括：