[發明專利]一種限制柔性直流饋入短路電流的控制方法

有效

• 申請號: 202110475064.7
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113224736B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 趙靜波;孫蓉;李文博;唐溢;李保宏
• 申請（專利權）人: 江蘇省電力試驗研究院有限公司;四川大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

本發明公開了一種限制柔性直流饋入短路電流的控制方法，首先設置柔性直流換流站有功模式為定有功功率，無功模式為定無功功率；然后設定換流站的有功參考值為額定值1p.u.；無功參考值為?0.1p.u.；解鎖柔性直流換流站，并分別將有功功率和無功功率提升至對應的參考值運行；當檢測到交流系統發生三相短路故障時，迅速改變無功功率限幅值為1.1p.u.；同時迅速增大無功功率參考值至限幅值；短路故障結束后，恢復無功限幅值為初始值，并將無功參考值調回?0.1p.u.。本發明通過將柔性直流輸電系統工作在定無功功率控制模式，在不增加額外裝置的前提下，限制柔性直流饋入交流系統的短路電流；且經濟有效，安全靈活，實施方式簡單，同時保證了輸電線路的有效傳輸功率。

技術領域

本發明涉及技術領域，具體為一種限制柔性直流饋入短路電流的控制方法。

背景技術

近年隨著廣域交流大電網形成，諸如穩定性降低、短路電流超標等技術問題漸漸涌現，導致其安全隱患爭議不斷。與此同時，大功率電力電子器件、高壓換流等技術、設備發展迅速，其中柔性直流輸電憑借可實現異步互聯、故障隔離、有功無功快速可控和無換相失敗等方面的優勢不僅有效應對了當前交流輸電面臨的困境，并成為業界焦點。然而當今直流工程投運規模顯著提升，柔性直流對交流系統短路電流的影響程度也不斷加深，其對交流系統短路電流的貢獻已不可忽視。

針對柔性直流對交流側故障的影響和三相短路電流的計算，國內外學者開展了大量的研究。文獻(含逆變型分布式電源的電網故障電流特性與故障分析方法研究-孔祥平)從對含逆變型分布式電源的配電網故障分析理論和方法進行探討和分析；文獻(柔性直流輸電系統貢獻交流短路電流的特性分析及計算方法-易揚)分析了柔性直流輸電系統貢獻短路電流的特性和機理，提出了含柔性直流輸電系統的交直流混聯系統短路電流分析和計算的方法，但是并沒有指出柔直提供的短路電流于出口電壓相位相關；文獻(MMC對交流系統三相短路故障短路電流影響的機理研究-卜廣全)分析得到柔性直流電網換流站近區發生三相短路故障后，換流站提供短路電流的特征，但對柔性直流饋入交流系統故障電流影響因素分析得不夠全面。實際上，現有研究結論僅初步明確了柔性直流所貢獻故障電流由總限幅環節決定。

典型的柔性直流控制系統如圖1所示，其中外環功率控制器通過矢量控制將控制量解耦并轉換成內環電流參考值，內環電流控制器通過調節MMC(modular multilevelconverter,MMC)上下橋臂的差模電壓從而保證交流側電流能快速追蹤參考電流，并最終與參考電流一致，實現對換流站功率或電壓等電氣量的控制。

當換流器控制方式、有功或無功類參數的參考值以及柔直出口電壓相位一定時，柔直對外提供的電流一定。因此相對于交流系統而言，當發生三相短路故障后，柔直可視為大小可控的電流源。柔性直流對交流電網短路電流的影響在于發生短路故障后，柔直提供的短路電流將疊加至交流系統短路電流。

以定有功功率控制/定無功功率控制模式為例，換流器控制環節與數學模型分別如圖1與式(1)和式(2)所示。

系統正常運行時，換流器輸出電流為額定值，相當于幅值為1p.u.的電流源。當柔直出口(point of common coupling,PCC)處發生三相金屬性接地短路故障后，其外送功率P受阻瞬間下降到0，但此時其有功參考值P_ref不變，由式(1)與圖1可知，有功電流將會持續上升并最終穩定在限幅值1.1p.u.，由于柔直出口電壓與系統交流短路電流相位相互垂直，即有功電流與短路電流相位相互垂直，柔直提供的有功電流無法饋入交流系統短路電流。然而無功電流相位與短路電流相位相同，因此該情況下提供短路電流的是無功電流。即當定無功功率參考值設定不為0時，q軸無功電流在故障時將增加到其外環無功控制環節的限幅值。

在常見的交流和高壓直流輸電系統中，一般采用如下幾種措施對短路電流進行限制。