[實用新型]一種多端MMC?HVDC雙極短路故障的放電電路

有效

• 申請號: 201720455041.9
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN206727648U
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 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: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 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

技術領域

本實用新型涉及電力系統故障分析領域，特別是關于一種多端MMC-HVDC雙極短路故障的放電電路。

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(clamp double 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，本實用新型的目的是提供一種多端MMC-HVDC雙極短路故障的放電電路，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，對直流電網規劃、直流斷路器選型具有一定的指導意義。

為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案：一種多端MMC-HVDC雙極短路故障的放電電路，其特征在于：該放電電路為四端環網式并聯MMC-HVDC系統發生直流側故障時的其中一換流站的放電電路；所述四端環網式并聯MMC-HVDC系統包括第一～第四共四個換流站，各端換流站之間通過直流傳輸線兩兩相連通，所述第一換流站與所述第二、第三換流站之間分別為第一、第二直流傳輸線，所述第三、第四換流站與故障點之間分別為第三、第四直流傳輸線，所述第四換流站與第二換流站之間為第五直流傳輸線；所述第一換流站的放電電路包括三個放電支路，所述三個放電支路并聯后兩端分別通過平波電抗與故障電路相連；所述故障電路包括兩并聯的直流支路，其中第一直流支路包括相互串聯的第一、第四、第五電阻，且所述第一、第四、第五電阻兩端并聯第一、第四和第五反向電流源；第二直流支路包括相互串聯的第二、第三電阻，且所述第二、第三電阻兩端分別并聯第二、第三反向電流源。

所述第一～第五電阻的阻值分別與所述第一～到第五直流傳輸線的等值阻抗相等。

所述第一、第四和第五反向電流源的電流值分別與所述第一、第四和第五直流傳輸線上實際流過的故障電流與所述第一換流站出口放電電流在所述第一直流傳輸線上的分量之差相等；所述第二、第三反向電流源的電流值分別與所述第二、第三直流傳輸線上實際流過的故障電流與所述第一換流站出口放電電流在所述第二直流傳輸線上的分量之差相等。