[發明專利]一種電壓源型AC-DC變流器及其直流側故障穿越方法

在審

• 申請號: 202010988597.0
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN114204789A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 馮懌彬;張雪松;趙波;汪湘晉;林達;李志浩;章雷其;徐珂
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M7/217;H02M7/219;H02H7/125;H02J5/00
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明公開了一種電壓源型AC?DC變流器及其直流側故障穿越方法。針對傳統三相橋式AC?DC變流器在發生直流短路故障時無法限制短路電流的問題，本發明在AC?DC變流器的直流端口串聯故障穿越模塊。正常運行時，AC?DC變流器控制直流電壓，故障穿越模塊全導通；當直流側發生故障導致變流器過流時，故障穿越模塊閉鎖，隔離故障，同時保持內部電壓穩定。待短路電流衰減后，故障穿越模塊啟動電流閉環控制，主動向直流系統注入額定電流。當故障清除后，直流電壓抬升，故障穿越模塊自動轉為電壓控制模式，將系統內電壓重新恢復到額定值。本發明能夠在故障發生時快速限制短路電流，并向系統提供穩定的故障電流，在故障清除后能自動快速恢復系統供電。

技術領域

本發明屬于變流器領域，涉及一種電壓源型AC-DC變流器及其直流側故障穿越方法。

背景技術

近年來，分布式電源和直流負荷的大量接入導致中低壓配電網的形態發生巨大變化。低壓直流系統以其運行效率高、轉化環節少、便于新能源接入等優勢，引起了國內外學者的廣泛關注。然而，由于直流系統內的電力電子設備耐受沖擊能力較弱，且故障發生后直流電流上升迅猛，導致故障特征持續時間短，給直流保護的準確動作帶來巨大挑戰。因此，為了保證直流系統的安全可靠運行，AC-DC變流器作為直流系統的重要組成單元，需要具備直流側故障穿越能力。

當前，對于AC-DC變流器故障穿越策略的研究，多是針對模塊化多電平((ModularMultilevel Converter，MMC))的全橋結構或者隔離型結構，避免了傳統橋式結構無法限制短路電流的問題。

文獻[1](宋國兵，王婷，張晨浩等.利用全橋MMC注入特征信號的直流自適應重合閘方法[J].電網技術，2019，43(1)：149-156.)通過在MMC全橋型變流器電流控制中注入方波信號，并進一步改變MMC上下橋臂子模塊的投入數量，使得變流器在故障穿越過程中輸出特征信號。

文獻[2](羅永捷，李耀華，李子欣等.全橋型MMC-HVDC直流短路故障穿越控制保護策略[J].中國電機工程學報，2016，36(7)：1933-1943.)在MMC全橋型變流器故障穿越時，主動調節上下橋臂能量和電容電壓均衡，使得故障消除后變流器能夠立即恢復。

文獻[3](王聰博，賈科，畢天姝等.基于控保協同的多端柔性直流配電系統線路保護[J].中國電機工程學報，2020，40(8)：2559-2567.)利用隔離型變流器隔離故障，并能產生特定頻率的諧波信號，從而準確定位故障線路。

文獻[4](薛士敏，劉存甲，李蒸等.基于控保協同的環形直流微網單端測距保護技術[J].電力系統自動化，2020，44(5)：122-129.)對傳統三相橋式AC-DC變流器進行改造，使得故障后變流器能切換為單相整流電路，從而輸出周期性半波變化的故障電流。

上述文獻主要關注的是變流器在故障發生時隔離故障，并向系統提供特征信號的問題，對故障過程中變流器主動支撐和故障清除后快速恢復供電的研究較少。

發明內容

針對傳統三相橋式AC-DC變流器在發生直流短路故障時無法限制短路電流的問題，本發明提供一種改進的電壓源型AC-DC變流器及其直流側故障穿越方法，其在直流電網發生短路故障時，進行故障穿越控制，為直流電網的保護提供穩定可控的故障電流。

為此，本發明采用的技術方案如下：一種電壓源型AC-DC變流器，用于低壓交直流混合微電網和直流微電網，所述AC-DC變流器的直流端口處串聯故障穿越模塊；

所述的故障穿越模塊包括全控型IGBT管T、反并聯二極管D以及濾波限流電感L，所述的全控型IGBT管T和濾波限流電感L串聯在AC-DC變流器的直流正極端口處，反并聯二極管D的負極連接在全控型IGBT管T和濾波限流電感L之間的電路上，反并聯二極管D的正極連接在AC-DC變流器的直流負極端口處。

優選的，所述的AC-DC變流器為傳統三相橋式AC-DC變流器。