混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法及装置，本发明专利技术将需要恢复的换流站控制模式分为主站模式和从站模式，当选择一个换流站作为主站时，其他换流站作为从站，主站逐渐抬升直流电压至额定值时，从站通过直流电流反馈值与直流电流参考值之差，跟踪主站的直流电压，实现直流电压的同步提升。本发明专利技术在整个恢复过程中不需要进行站间通讯，不需要断路器配合，换流站在直流短路故障结束后能够快速、稳定的恢复直流电压，能根据预设流程与自身电气量检测恢复至直流故障前的正常运行状态，恢复过程中无冲击电流，并能持续维持并网状态。

【技术实现步骤摘要】
混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法及装置
本专利技术属于直流输电
，具体涉及混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法及装置。
技术介绍
目前，随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电技术日益受到重视。模块化多电平换流器(Modularmultilevelconverter，MMC)是柔性直流输电系统应用电压源换流器中的一种，它由多个子模块按照一定的方式连接而成，通过控制各个子模块IGBT组的投入和切除状态使换流器输出的交流电压逼近正弦波，实现能量的高效传输。传统的模块化多电平换流器中，通常采用半桥式子模块作为基础单元，以降低换流器的建设成本。传统半桥式子模块MMC在直流短路故障发生时无法通过自身特性迅速抑制故障电流，必须依靠交流断路器或直流断路器才能清除故障电流。该方法的缺点在于：由于交流断路器的响应时间较长，可能导致保护不及时而造成换流器的过流损坏；此外，配置直流断路器会提高对设备的技术要求，增加系统成本。为了解决上述问题，有学者提出采用全桥子模块或箝位双子模块MMC来解决换流器过流损坏的问题：在短路故障后，通过迅速闭锁换流器，利用全桥子模块中二极管的反向阻断能力迅速抑制故障电流，实现直流故障的清除。但是换流器闭锁后，子模块电压会随着自身损耗而逐渐降低，最终由于电压不足而被旁路，换流器跳闸，导致柔性直流输电系统不能从故障中快速恢复，增加柔性直流输电系统从故障中恢复的时间。因此，又有学者提出采用在传统半桥子模块MMC中加入足够数量的全桥子模块，如图1所示，利用全桥子模块输出负电平的能力，在维持交流侧并网的情况下将直流电压降低至0，从而迅速抑制故障电流，不闭锁状态下实现直流故障穿越。但该方法在实现故障穿越后重新建立直流电压的过程中，需要在并联的换流站之间进行高速通讯，从而同步提升直流电压。而对于直流输电应用场合中，不同换流站间距离通常很远，在两者之间建立远距离高速通信无疑将会大大增加建设成本；此外，当站间通信异常时，并联的换流站之间将无法同步提升直流电压，站间通信的不可靠性对直流故障产生不利影响。因此，非常有必要提出一种不依赖站间通讯的控制策略，使得发生直流短路故障的双端或多端子模块混合式柔性直流输电系统，在不需要站间高速通讯的情况下仍能够快速、稳定、可靠的实现直流电压的重新建立和传输功率的恢复。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法及装置，用于解决半桥与全桥子模块混合式模块化多电平换流器在短路故障恢复过程中，站间通讯异常时无法同步提升直流电压的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法，包括六个方法方案：方法方案一，包括以下步骤：一个换流站作为主站，其他换流站作为从站；所述主站将直流电压从零提升至额定值；所述从站根据直流电流反馈值与直流电流参考值之差，同步跟踪所述直流电压，直至所述直流电压提升至额定值。方法方案二，在方法方案一的基础上，所述主站根据设定的第一直流偏置，将所述直流电压从零提升至额定值；所述第一直流偏置用于结合三相调制波生成主站换流器的桥臂电压。方法方案三，在方法方案一的基础上，所述从站将直流电流反馈值与直流电流参考值作差后，经过比例控制器或比例积分控制器，生成桥臂调制指令的第二直流偏置；所述第二直流偏置用于结合三相调制波生成从站换流器的桥臂电压。方法方案四、五，分别在方法方案二、三的基础上，所述主站换流器或从站换流器的桥臂电压计算式如下：式中，当varm为主站换流器的桥臂电压时，Udc_rated为直流电压的额定值，k为第一直流偏置，eabc为三相调制波；当varm为从站换流器的桥臂电压时，Udc_rated为直流电压的额定值，k为第二直流偏置，eabc为三相调制波。方法方案六，在方法方案一的基础上，还包括判断短路故障是否清除的步骤：当短路故障已经清除时，再选择作为主站的换流站、作为从站的换流站。为解决上述技术问题，本专利技术还提出一种混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复装置，包括六个装置方案：装置方案一，包括以下单元：选择单元：用于选择一个换流站作为主站，其他换流站作为从站；执行单元：用于所述主站将直流电压从零提升至额定值；所述从站根据直流电流反馈值与直流电流参考值之差，同步跟踪所述直流电压，直至所述直流电压提升至额定值。装置方案二，在装置方案一的基础上，还包括第一直流偏置单元：用于所述主站根据设定的第一直流偏置，将所述直流电压从零提升至额定值；所述第一直流偏置用于结合三相调制波生成主站换流器的桥臂电压。装置方案三，在装置方案一的基础上，还包括第二直流偏置单元：用于所述从站将直流电流反馈值与直流电流参考值作差后，经过比例控制器或比例积分控制器，生成桥臂调制指令的第二直流偏置；所述第二直流偏置用于结合三相调制波生成从站换流器的桥臂电压。装置方案四、五，分别在装置方案二、三的基础上，所述主站换流器或从站换流器的桥臂电压计算式如下：式中，当varm为主站换流器的桥臂电压时，Udc_rated为直流电压的额定值，k为第一直流偏置，eabc为三相调制波；当varm为从站换流器的桥臂电压时，Udc_rated为直流电压的额定值，k为第二直流偏置，eabc为三相调制波。装置方案六，装置方案一的基础上，还包括判断短路故障是否清除的单元：用于当短路故障已经清除时，再选择作为主站的换流站、作为从站的换流站。本专利技术的有益效果是：本专利技术将需要恢复的换流站分为主站模式和从站模式，当选择一个换流站作为主站时；其他换流站作为从站，主站逐渐抬升直流电压至额定值时，从站通过直流电流反馈值与直流电流参考值之差，跟踪主站的直流电压，实现直流电压的同步提升。本专利技术在整个恢复过程中不需要进行站间通讯，不需要断路器配合，换流站在直流短路故障结束后能够快速、稳定的恢复直流电压，能根据预设流程与自身电气量检测恢复至直流故障前的正常运行状态，恢复过程中无冲击电流，并能持续维持并网状态。附图说明图1是半桥、全桥子模块混合式MMC的拓扑结构示意图；图2是子模块混合式MMC直流短路故障恢复方法流程图；图3是主站换流器控制框图；图4是从站换流器控制框图；图5是恢复过程中恢复主站的电气量波形；图6是恢复过程中恢复从站的电气量波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术的一种混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法的实施例：如图1所示的半桥、全桥子模块混合式模块化多电平换流器构成的双端或多端柔性直流输电系统，系统中全桥与半桥子模块数量分别为N、M，其中N≥2、M≥2；图1中：usm为子模块电压，Udc为直流电压，HBSM(half-bridgesub-module)为半桥子模块，FBSM(full-bridgesub-module)为全桥子模块。当检测到直流双极短路故障发生后，全桥子模块可以输出负电压，利用这一特性可以使系统在维持交流电压幅值不变的前提下，更加灵活地控制系统直流电压Udc。利用全桥子模块能够输出负电平的能力，换流器采用不闭锁换流器的方式进行直流故障穿越，故障电流被限制为0，此过程中子模块电压usm一直维持在额定值。在直流电流被限制为0后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：一个换流站作为主站，其他换流站作为从站；所述主站将直流电压从零提升至额定值；所述从站根据直流电流反馈值与直流电流参考值之差，同步跟踪所述直流电压，直至所述直流电压提升至额定值。

【技术特征摘要】
1.一种混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：一个换流站作为主站，其他换流站作为从站；所述主站将直流电压从零提升至额定值；所述从站根据直流电流反馈值与直流电流参考值之差，同步跟踪所述直流电压，直至所述直流电压提升至额定值。2.根据权利要求1所述的混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法，其特征在于，所述主站根据设定的第一直流偏置，将所述直流电压从零提升至额定值；所述第一直流偏置用于结合三相调制波生成主站换流器的桥臂电压。3.根据权利要求1所述的混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法，其特征在于，所述从站将直流电流反馈值与直流电流参考值作差后，经过比例控制器或比例积分控制器，生成桥臂调制指令的第二直流偏置；所述第二直流偏置用于结合三相调制波生成从站换流器的桥臂电压。4.根据权利要求2或3所述的混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法，其特征在于，所述主站换流器或从站换流器的桥臂电压计算式如下：式中，当varm为主站换流器的桥臂电压时，Udc_rated为直流电压的额定值，k为第一直流偏置，eabc为三相调制波；当varm为从站换流器的桥臂电压时，Udc_rated为直流电压的额定值，k为第二直流偏置，eabc为三相调制波。5.根据权利要求1所述的混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢复方法，其特征在于，还包括判断短路故障是否清除的步骤：当短路故障已经清除时，再选择作为主站的换流站、作为从站的换流站。6.一种混合式模块化多电平换流器直流短路故障恢...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道洋，吴金龙，王先为，刘欣和，张浩，行登江，孙树敏，李广磊，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，许继电气股份有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41