[發明專利]光伏中壓直流匯集系統及中壓側雙極短路故障穿越方法

在審

• 申請號: 201811446911.1
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109546679A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 王建華;高尚;李旭楓;駱芳芳;趙劍鋒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳海燕

本發明公開了一種光伏中壓直流匯集系統及中壓側雙極短路故障穿越方法，光伏中壓直流匯集系統包括MMC換流站、直流變壓器及多個集散式光伏陣列模塊。MMC換流站交流側接入三相中壓交流電網，直流側接入中壓直流電網，直流變壓器輸出端接入中壓直流電網，輸入端與低壓直流電網相連，集散式光伏陣列模塊并聯接入低壓直流電網。當直流變壓器中壓側發生雙極短路故障時，檢測故障特征，快速閉鎖MMC換流站和直流變壓器，控制光伏陣列模塊中的開關器件使其短路，改變光伏陣列工作點，降低光伏陣列輸出，在整個故障發生、檢測、清除、恢復過程中保證光伏陣列不脫網運行，有利于系統的快速恢復，完成雙極短路故障穿越，實現光伏中壓直流匯集系統的穩定運行。

技術領域

本發明屬于電力電子應用的技術領域，尤其涉及一種光伏中壓直流匯集系統及中壓側雙極短路故障穿越方法。

背景技術

隨著光伏發電的大規模發展，平價上網逐漸成為業界關心的問題。不同于東部地區光伏分布式發電“源-荷”就地平衡，實現本地消納；我國中西部地區光伏發電光照條件好，且土地資源豐富，目前多采用大功率集中式電站發電，然后通過交流匯集組網，經升壓變送至中壓配網及高壓輸電網。長距離的匯集及輸電線路會導致較大的充電功率，需要增設大容量的無功補償設備，從而增加建設成本。

隨著電力電子技術的發展和柔性直流輸電技術的成熟，光伏電站通過中壓直流匯集系統與中高壓交流電網整合成為趨勢。目前集中式光伏發電逐步向集散式架構發展，經過中壓匯集系統接入中高壓直流電網傳輸，能夠有效地擴大發電量，降低系統運行成本。

對于光伏中壓直流匯集這種新型系統，在直流線路發生雙極短路故障后，直流變壓器常常會閉鎖。為了防止低壓側直流線路電壓過高，目前業界主要采用直流短路器將光伏陣列解列的方法，但直流斷路器的研制還不夠成熟，價格較高，且重新啟動光伏陣列并網會延長整個系統的恢復時間，不利于直流電網的穩定運行。

針對故障發生時維持光伏陣列不脫網運行，系統快速恢復這一問題研究較少，所以亟待需要提出一種光伏中壓直流匯集系統的中壓側雙極短路故障穿越方法。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種光伏中壓直流匯集系統及中壓側雙極短路故障穿越方法，維持直流變壓器低壓側電壓穩定，保證光伏陣列不脫網運行，實現故障穿越。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種光伏中壓直流匯集系統，包括集散式光伏陣列模塊、直流變壓器和MMC換流站；MMC換流站交流側接入三相中壓交流電網，直流側接入中壓直流電網；直流變壓器輸出端接入中壓直流電網，輸入端接入低壓直流電網；集散式光伏陣列模塊并聯接入低壓直流電網。

進一步地，單個光伏陣列模塊包括太陽能光伏電池和boost變換器，所述太陽能光伏電池的輸出與boost變換器低壓側相連，所述boost變換器高壓側接入低壓直流電網。

進一步地，所述直流變壓器包括逆變器、高頻變壓器、整流器和整流側濾波部分；所述整流側濾波部分一側與中壓直流電網相連，另一側與整流器的直流側相連，所述整流器的交流側與高頻變壓器相連，所述高頻變壓器另一側與逆變器的交流側相連，所述逆變器的直流側與光伏陣列模塊的輸出相連。

進一步地，所述MMC換流站包括三相上下橋臂和直流側限流電感，所述上/下橋臂包括多個半橋型子模塊和一個橋臂電感。

進一步地，所述直流變壓器采用單模塊或者多模塊輸入并聯輸出串聯的架構。

進一步地，所述MMC換流站和直流變壓器的逆變器均采用全控型器件。

一種光伏中壓直流匯集系統的中壓側雙極短路故障穿越方法，包括步驟：

(1)正常工況下，系統穩態運行，進行中壓直流雙極短路故障監測；

(2)監測到中壓直流雙極短路故障時，MMC換流站和直流變壓器閉鎖；