基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法。能在不闭锁换流器的前提下，通过换流器自身控制完成直流侧短路故障的穿越和恢复，无需机械设备动作，恢复过程不需要重启换流器，因而故障响应与恢复速度快，对输电线路为架空线时经常出现的非永久性短路故障特别有效，在隔离直流侧故障的同时为交直流系统提供无功和有功支撑，并有利于提高所连接的交直流系统的暂态稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多电平电力电子变换器
，更具体地，涉及一种基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法。 
技术介绍
基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统因其在系统损耗，容量升级，电磁兼容，故障管理等方面的优势，已经在柔性直流输电中取得了一席之地。但是，不论是采用海底电缆的海上MMC-HVDC工程，还是采用架空线的陆上MMC-HVDC工程，直流故障都是其设计运行必须考虑的一种严重故障类型，特别是对输电线路为架空线的HVDC工程，直流故障发生的概率比输电线为电缆的HVDC工程高很多。 目前处理直流故障的手段有三种： 1)利用交流侧设备(如交流断路器或交流熔断器)断开与交流系统的连接，此方法多用在由半桥子模块构成的MMC-HVDC系统中。在发生直流故障时，由半桥子模块构成的MMC中全控型器件的反并联续流二极管会使交流系统与直流侧故障点构成一条通路，其效果相当于交流侧系统短路，所以必须断开交流系统的连接。但该方法响应速度较慢，重启动配合动作时序复杂，系统恢复时间较长，同时对交流系统造成很大影响。 2)利用换流器完全闭锁隔绝直流故障，此方法多用在由全桥子模块或者钳位双子模块构成的MMC-HVDC系统中。但该方法重新启动过程缓慢复杂，无法单纯依靠换流器动作完成直流故障恢复，无法应对输电线路为架空线时经常出现的非永久性短路故障，在故障中无法为交流系统提供无 功支持也无法在恢复过程中传输有功功率，故障时的突然闭锁会降低所连接交流系统的稳定性，且由全桥型子模块或者钳位双子模块构成的MMC-HVDC造价高昂，运行损耗大。 3)利用直流侧设备(如直流断路器)隔离故障点，但直流断路器存在灭弧非常困难、线路能量不易耗散、造价昂贵、技术不成熟等缺点，在高压大容量场合很少应用。 以上三种故障处理手段，虽然能保护换流站，但都无法为所连接的交流系统提供安全保障，也无法为直流故障恢复提供支援。 
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法，故障响应与恢复速度快，能在隔离直流侧故障的同时为交直流系统提供无功和有功支撑，并有利于提高所连接的交直流系统的暂态稳定性。 为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法，所述混合型MMC由全桥子模块和半桥子模块组成，其特征在于，该方法包括如下步骤： (1)检测判断直流侧是否发生短路故障，是则顺序执行步骤(2)；否则继续进行检测； (2)依次执行步骤(A)和步骤(B)，实现MMC直流侧短路故障的穿越； (3)检测直流侧残余电压是否升高，是则顺序执行步骤(4)；否则继续进行检测； (4)依次执行步骤(A)和步骤(B)，实现MMC直流侧短路故障的恢复； 所述步骤(A)为：检测直流侧残余电压以及交流侧电压和电流，结合故障期间MMC需向电网注入的无功功率和直流线路所需传输的有功功率， 得到直流侧短路故障穿越时MMC每相所需输出的交流电压参考值； 所述步骤(B)为：根据直流侧短路故障穿越时MMC每相所需输出的交流电压参考值eiv_ref，计算得到每相中上桥臂全桥子模块等效电压源参考电压uif_p、上桥臂半桥子模块等效电压源参考电压uih_p、下桥臂全桥子模块等效电压源参考电压uif_n和下桥臂半桥子模块等效电压源参考电压uih_n，结合当前各子模块电压，得到各子模块的投切信号；其中，下标i＝a，b，c，分别表示a、b、c三相。 优选地，所述步骤(B)中，uif_p、uih_p、uif_n和uih_n分别为： uif_p=-eiv_ref(1-12m)+Udc14m,]]>uih_p=-eiv_ref12m+Udc14m,]]>uif_n=eiv_ref(1-12m)+Udc14m]]>和 uih_n=eiv_ref12m+Udc14m,]]>其中，m为直流侧残余电压和直流侧额定电压的比值，Udc为直流侧额定电压。 优选地，所述步骤(B)中，uif_p、uih_p、uif_n和uih_n分别为： uif_p=-12eiv_ref-14Udc+12mUdc,]]>uih_p=-12eiv_ref+14Udc,]]>uif_n=12eiv_ref-14Udc+12mUdc]]>和 uih_n=12eiv_ref+14Udc,]]>其中，m为直流侧残余电压和直流侧额定电压的比值，Udc为直流侧额 定电压。 优选地，所述步骤(B)中，uif_p、uih_p、uif_n和uih_n分别为： uif_p=-eiv_ref(1-x-12m+xm)+Udc(14m+xm2-x2),]]>uih_p=-eiv_ref(x+12m-xm)+Udc(14m-xm2+x2),]]>uif_n=eiv_ref(1-x-12m+xm)+Udc(14m+xm2-x2)]]>和 uih_n=eiv_ref(x+12m-xm)+Udc(14m-xm2+x2),]]>其中，x＝0～0.5为常数，m为直流侧残余电压和直流侧额定电压的比值，Udc为直流侧额定电压。 优选地，所述步骤(B)中，在eiv_ref≥0时，uif_p、uih_p、uif_n和uih_n分别为： uif_p=-eiv_ref+12meiv_rfe+14mUdc,]]>uih_p=-12meiv_ref+14mUdc,]]>uif_n=12meiv_ref+14mUdc]]>和 uih_n=eiv_ref-12meiv_ref+14mUdc;]]>在eiv_ref＜0时，uif_p、uih_p、uif_n和uih_n分别为： uif_p=-12meiv_ref+14mUdc,]]>uih_p=-eiv_ref+12meiv_ref+14mUdc,]]>uif_n=eiv_ref-12meiv_ref+14mUdc]]>和 uih_n=12meiv_ref+14mUdc;]]>其中，m为直流侧残余电压和直流侧额定电压的比值，Udc为直流侧额定电压。 总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：能在不闭锁换流器的前提下，通过换流器自身控制完成直流侧短路故障的穿越和恢复，无需机械设备动作，恢复过程不需要重启换流器，因而故障响应与恢复速度快，对输电线路为架空线时经常出现的非永久性短路故障特别有效，在隔离直流侧故障的同时为交直流系统提供无功和有功支撑，并有利于提高所连接的交直流系统的暂态稳定性。 附图说明图1是由全桥子模块和半桥子模块组成的混合型MMC结构图； 图2是本专利技术实施例的基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法流程图； 图3是将混合型MMC中的每相上下桥臂中的半桥子模块和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法，所述混合型MMC由全桥子模块和半桥子模块组成，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)检测判断直流侧是否发生短路故障，是则顺序执行步骤(2)；否则继续进行检测；(2)依次执行步骤(A)和步骤(B)，实现MMC直流侧短路故障的穿越；(3)检测直流侧残余电压是否升高，是则顺序执行步骤(4)；否则继续进行检测；(4)依次执行步骤(A)和步骤(B)，实现MMC直流侧短路故障的恢复；所述步骤(A)为：检测直流侧残余电压以及交流侧电压和电流，结合故障期间MMC需向电网注入的无功功率和直流线路所需传输的有功功率，得到直流侧短路故障穿越时MMC每相所需输出的交流电压参考值；所述步骤(B)为：根据直流侧短路故障穿越时MMC每相所需输出的交流电压参考值eiv_ref，计算得到每相中上桥臂全桥子模块等效电压源参考电压uif_p、上桥臂半桥子模块等效电压源参考电压uih_p、下桥臂全桥子模块等效电压源参考电压uif_n和下桥臂半桥子模块等效电压源参考电压uih_n，结合当前各子模块电压，得到各子模块的投切信号；其中，下标i＝a，b，c，分别表示a、b、c三相。...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿越和恢复方法，
所述混合型MMC由全桥子模块和半桥子模块组成，其特征在于，该方法
包括如下步骤：
(1)检测判断直流侧是否发生短路故障，是则顺序执行步骤(2)；
否则继续进行检测；
(2)依次执行步骤(A)和步骤(B)，实现MMC直流侧短路故障的
穿越；
(3)检测直流侧残余电压是否升高，是则顺序执行步骤(4)；否则
继续进行检测；
(4)依次执行步骤(A)和步骤(B)，实现MMC直流侧短路故障的
恢复；
所述步骤(A)为：检测直流侧残余电压以及交流侧电压和电流，结合
故障期间MMC需向电网注入的无功功率和直流线路所需传输的有功功率，
得到直流侧短路故障穿越时MMC每相所需输出的交流电压参考值；
所述步骤(B)为：根据直流侧短路故障穿越时MMC每相所需输出的
交流电压参考值eiv_ref，计算得到每相中上桥臂全桥子模块等效电压源参考
电压uif_p、上桥臂半桥子模块等效电压源参考电压uih_p、下桥臂全桥子
模块等效电压源参考电压uif_n和下桥臂半桥子模块等效电压源参考电压
uih_n，结合当前各子模块电压，得到各子模块的投切信号；其中，下标i＝a，
b，c，分别表示a、b、c三相。
2.如权利要求1所述的基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿
越和恢复方法，其特征在于，所述步骤(B)中，uif_p、uih_p、uif_n和
uih_n分别为：
uif_p=-eiv_ref(1-12m)+Udc14m,]]>uih_p=-eiv_ref12m+Udc14m,]]>uif_n=-eiv_ref(1-12m)+Udc14m]]>和
uih_n=-eiv_ref12m+Udc14m,]]>其中，m为直流侧残余电压和直流侧额定电压的比值，Udc为直流侧额
定电压。
3.如权利要求1所述的基于混合型MMC的HVDC直流侧短路故障穿
越和恢复方法，其特征在于，所述步骤(B)中，uif_p、uih_p、uif_n和
uih_n分别为：
uif_...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家兵，徐克成，路茂增，郑皖宁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42