[發明專利]模塊化多電平換流器交流不對稱故障主回路計算方法、系統

有效

• 申請號: 201811481251.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109600064B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 蔣望;李笑倩;李亞軍;魏應冬;徐瑞林;陳濤;朱小軍;朱晟毅;向紅吉;趙科;馬興
• 申請（專利權）人: 國網重慶市電力公司電力科學研究院;清華大學;國家電網有限公司;國網湖北省電力有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/32
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 文芳

本發明公開了一種模塊化多電平換流器的交流不對稱故障主回路計算方法及系統，它包括：模塊化多電平換流器與交流系統連接產生故障負序電流；根據故障負序電流計算模塊化多電平換流器中的電氣量變化量。本發明基于模塊化多電平換流器電氣量循環耦合關系，通過將負序故障電流引入到模塊化多電平換流器內部循環耦合關系中來體現不對稱故障的影響，給出了不對稱交流故障態下的模塊化多電平換流器內部主要電氣量的解析表達式，可以直觀地體現不對稱交流故障對模塊化多電平換流器的影響。

技術領域

本發明涉及高壓大容量電力電子換流器技術領域，特別是一種模塊化多電平換流器的交流不對稱故障主回路計算方法、系統。

背景技術

模塊化多電平換流器屬于電壓源型電力電子換流器，基于絕緣柵雙極型晶體管等全控電力電子器件和脈寬調制技術，能夠穩定地控制有功功率和無功功率在交直流系統間傳輸。模塊化多電平換流器包含a、b、c三個相單元，每個相單元包含兩個橋臂，即上橋臂和下橋臂，總共六個橋臂。三個相單元并聯在直流正極和直流負極之間，三個相單元的上橋臂和下橋臂的中間點聯接三相交流系統。每個橋臂由一個橋臂電抗L_s和N個子模塊串聯組成。典型的子模塊結構為半橋子模塊。半橋子模塊由兩個絕緣柵雙極晶體管S₁、S₂，兩個續流二極管D₁、D₂以及一個直流電容C_d構成。模塊化多電平換流器具有諸多技術優勢，如模塊化的結構，易于達到高電壓等級；多電平的工作方式，利于提升傳輸效率；高質量的輸出電壓波形，不需要安裝交流濾波器等，使其在區域電網互聯、可再生能源接入電網等場景下受到廣泛重視。

模塊化多電平換流器與交流系統連接時，交流系統容易受雷擊等外界因素影響發生短路故障。其中，發生概率最高的是以單相對地短路故障為代表的不對稱交流故障。交流系統不對稱故障會產生故障負序電流。故障負序電流進入模塊化多電平換流器后，會對模塊化多電平換流器產生一系列不利影響。首先，故障負序電流的出現會引起模塊化多電平換流器內部電氣量發生復雜的連鎖變化，比如橋臂電流過電流、電容電壓劇烈波動、環流增大、直流電壓和直流電流出現二倍頻波動等，對模塊化多電平換流器的運行環境和器件安全產生惡劣的影響，可能導致模塊化多電平換流器退出運行，無法穿越交流故障。其次，通過故障負序電流對模塊化多電平換流器的作用，不對稱故障還會穿透到直流系統中，對直流系統的控制保護以及其他非故障元件造成影響，比如由交流故障引起的有功功率大幅下降可能會導致模塊化多電平換流器控制器喪失直流電壓控制功能，又如由故障負序電流激發的直流電壓、直流電流的二倍頻波動會影響非故障的模塊化多電平換流器的正常運行。因此，建立模塊化多電平換流器在交流不對稱故障態下的主回路電氣量計算方法，給出計及故障負序電流作用的模塊化多電平換流器內部主要電氣量的解析表達式，對于分析交流故障對模塊化多電平換流器以及直流系統的影響、研究有效的交流故障穿越策略具有重要意義。

目前具有代表性的交流不對稱故障對直流系統的影響分析和計算方法，一個關注的焦點問題為故障點所在的交流系統的詳細解析分析。基于對稱分量法對交流系統電壓和電流進行正負零序分解，有的方法還在廣域旋轉坐標系下進行了坐標變換處理，然后分別針對正負零序分量進行狀態方程的列寫和求解，得到在交流不對稱故障態下模塊化多電平換流器電氣量中交流部分的表達式。對于模塊化多電平換流器電氣量中直流部分，根據瞬時功率守恒定律，從交流部分解析分析的結果出發進行求解。這種方法對于故障態下模塊化多電平換流器電氣量中交流部分的解析分析較為詳盡，直流部分的解析分析也比較簡明，但是尚不能涵蓋模塊化多電平換流器內部所有重要電氣量的計算。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明的目的就是提供一種模塊化多電平換流器的交流不對稱故障主回路計算方法、系統，基于模塊化多電平換流器電氣量循環耦合關系，通過將負序故障電流引入到模塊化多電平換流器內部循環耦合關系中來體現不對稱故障的影響，給出了不對稱交流故障態下的模塊化多電平換流器內部主要電氣量的解析表達式，可以直觀地體現不對稱交流故障對模塊化多電平換流器的影響。