一种多端MMC‑HVDC双极短路故障的放电电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种多端MMC‑HVDC双极短路故障的放电电路，其特征在于其为四端环网式并联MMC‑HVDC系统发生直流侧故障时其中一换流站的放电电路；该系统包括的四个换流站之间两两相连通，第一换流站与第二、第三换流站之间为第一、第二直流传输线，第三、第四换流站与故障点之间为第三、第四直流传输线，第四换流站与第二换流站之间为第五直流传输线；第一换流站的放电电路中三个放电支路并联后两端通过平波电抗与故障电路相连；故障电路中第一直流支路包括串联的第一、第四、第五电阻，第二直流支路包括串联的第二、第三电阻，且第一～第五电阻两端分别并联第一～第五反向电流源。本实用新型专利技术对直流电网规划、具有一定的指导意义。

The discharge circuit of a multi terminal MMC HVDC bipolar fault

The discharge circuit of the utility model relates to a multi MMC HVDC bipolar short-circuit fault, which is characterized as four terminal ring type parallel MMC HVDC DC side fault discharge circuit of one converter; the system consists of 22 converter stations connected between four and second, third, the first station between the station the first and the second DC transmission line, third, fourth and third between the fault point station fourth, DC transmission line, fourth and second between the fifth HVDC Converter Station DC transmission line; the discharge path of the first converter three discharge branch in parallel at both ends by smoothing reactance and fault circuit connected to the first DC branch circuit fault; in fifth, including the first and the fourth resistor in series, including the second, third branch second dc resistor in series, and the first to fifth electric The resistance at both ends is parallel to the first to fifth reverse current sources. The utility model has certain guiding significance for the direct current network planning.

【技术实现步骤摘要】
一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路
本技术涉及电力系统故障分析领域，特别是关于一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路。
技术介绍
近年来，随着电力电子技术的发展，基于可关断器件的柔性直流输电系统(voltagesourceconverterHVDC，VSC-HVDC)以其无换相失败、有功无功独立控制、易于构成多端电网等优势，受到越来越多的青睐。柔性直流输电系统主要分为二、三电平换流器和模块化多电平换流器(modularmulti-levelconverter，MMC)两种技术路线。其中模块化多电平换流器凭借其开关频率低、输出波形质量好、对开关一致性要求低、扩展性好等优点，成为电压源型换流器发展的主流趋势。直流侧故障清除一直是直流输电研究的重要议题，直流系统阻尼小，响应时间常数小，故障发展快，控制保护配合难度大。直流侧故障又以极间短路最为严重，采用模块化多电平换流器的直流系统发生双极短路时，所有子模块会通过故障点放电，几毫秒内就产生严重的过流，对相关设备正常运行产生很大的冲击。目前国内外对于直流侧故障清除比较公认的方法主要有三类：交流断路器、换流器自身的直流故障隔离能力和直流断路器。采用交流断路器响应速度较慢，最快也需要2-3个周波，此时间内直流侧已严重过流；同时故障切除后系统的重启需要时序配合，过程复杂，恢复时间较长。换流器自身的直流故障隔离能力是利用换流器的拓扑结构，采用具备故障隔离的子模块，如全桥子模块(full-bridgesub-module,FBSM)、嵌位双子模块(clampdoublesub-module,CDSM)等。但总体而言，此种方法会增加开关器件，虽然具有较好的故障穿越特性，但需要所有的换流站均闭锁，会降低供电可靠性。同时，采用故障隔离功能的换流器拓扑结构，仍然需要配置断路器，以切断永久故障线路，恢复其他正常线路运行，因此这种方法会额外增加费用。采用直流断路器的主要技术瓶颈是高压直流断路器的产品化，以及直流断路器昂贵的成本，因而需要电网规划及参数设计与直流断路器容量的相互配合。直流侧故障清除能力作为衡量直流输电系统的重要指标，已成为工程规划的重要因素。直流侧故障发生后要求直流断路器、换流站保护10ms内配合动作，因此也需要大量的故障仿真测试。而现阶段，柔性直流输电工程向多端高压大容量方向发展，涉及子模块众多，仿真缓慢。因此对直流双极短路故障机理进行分析和快速计算对一次系统参数设计、直流断路器选型具有指导意义。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路，适用于基于半桥子模块(half-bridgesub-module,HBSM)的多端MMC-HVDC系统直流侧故障，对直流电网规划、直流断路器选型具有一定的指导意义。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路，其特征在于：该放电电路为四端环网式并联MMC-HVDC系统发生直流侧故障时的其中一换流站的放电电路；所述四端环网式并联MMC-HVDC系统包括第一～第四共四个换流站，各端换流站之间通过直流传输线两两相连通，所述第一换流站与所述第二、第三换流站之间分别为第一、第二直流传输线，所述第三、第四换流站与故障点之间分别为第三、第四直流传输线，所述第四换流站与第二换流站之间为第五直流传输线；所述第一换流站的放电电路包括三个放电支路，所述三个放电支路并联后两端分别通过平波电抗与故障电路相连；所述故障电路包括两并联的直流支路，其中第一直流支路包括相互串联的第一、第四、第五电阻，且所述第一、第四、第五电阻两端并联第一、第四和第五反向电流源；第二直流支路包括相互串联的第二、第三电阻，且所述第二、第三电阻两端分别并联第二、第三反向电流源。所述第一～第五电阻的阻值分别与所述第一～到第五直流传输线的等值阻抗相等。所述第一、第四和第五反向电流源的电流值分别与所述第一、第四和第五直流传输线上实际流过的故障电流与所述第一换流站出口放电电流在所述第一直流传输线上的分量之差相等；所述第二、第三反向电流源的电流值分别与所述第二、第三直流传输线上实际流过的故障电流与所述第一换流站出口放电电流在所述第二直流传输线上的分量之差相等。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本技术详细分析了基于HBSM的单端MMC-HVDC系统，直流侧发生双极极间短路故障时，其放电电路与故障等值电路的关系，研究了直流线路过流的影响因素，揭示了过电流幅值、时间与一次系统参数、控制系统之间的关系。2、本技术将单端MMC-HVDC系统直流侧的放电电路推广至多端直流电网中，用于计算多端MMC-HVDC系统各端换流站的故障电流，且适用于不同拓扑多端电网。因而本技术可以广泛应用于多端MMC-HVDC系统直流侧故障电流的计算中。附图说明图1是基于HBSM的单端MMC-HVDC系统中MMC的三相拓扑结构；图2是换流站闭锁前MMC的故障等值电路；图3是并联型四端MMC-HVDC电网示意图；图4是四端MMC-HVDC中MMC1的故障等值电路；图5是多端直流系统故障计算流程；图6(a)是本实施例中四端MMC-HVDC中MMC1的放电电流的仿真结果和计算结果对比图；图6(b)是本实施例中四端MMC-HVDC中MMC2的放电电流的仿真结果和计算结果对比图；图6(c)是本实施例中四端MMC-HVDC中MMC3的放电电流的仿真结果和计算结果对比图；图6(d)是本实施例中四端MMC-HVDC中MMC4的放电电流的仿真结果和计算结果对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。如图1所示，为基于HBSM的单端MMC-HVDC系统中MMC的三相拓扑结构示意图。该MMC由三相六桥臂组成，每个桥臂包括一限流电抗和n个子模块，且该限流电抗与n个子模块级联连接。每个子模块均包括2个绝缘栅双极晶体管T1、T2，2个反并联续流二极管D1、D2和一个直流电容器C。单端换流站MMC在正常运行时，各子模块中两绝缘栅双极晶体管T1和T2交替导通，使得每相2n个子模块在交流侧生成n+1电平阶梯波，同时每相共投入n个子模块维持直流电压恒定。如图2所示，为单端MMC-HVDC系统发生直流侧故障时的放电电路及其故障等值电路。本技术在分析故障电流峰值时忽略控制系统的作用，认为MMC中每相2n个子模块串联放电。单端MMC-HVDC系统发生直流侧故障时，其放电电路包括三相放电支路，三相放电支路并联后两端分别通过一平波电抗、一直流传输线等值电阻和一直流传输线等值电抗与故障电阻相连。每一放电支路均包括相互串联的电容、电阻和限流电抗器，且各支路中电容值与MMC内各相电路中两桥臂所有子模块包含的电容串联而得的电容值相等，电阻值与MMC内各相电路中两桥臂的等值电阻相等，限流电抗器与MMC内各相电路中两桥臂的限流电抗器串联而得的电抗值相等。因而得到该放电回路的故障等值回路中，等值电容Ceq由每相串联的2n个电容和三相并联的桥臂计算而来，等值电阻Req和等值电抗Leq由每相串联的2个桥臂等值电阻和2个限流电抗器、三相并联的桥臂和放电回路计算而来。如图3所示，本技术以四端环网式并联MMC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多端MMC‑HVDC双极短路故障的放电电路，其特征在于：该放电电路为四端环网式并联MMC‑HVDC系统发生直流侧故障时的其中一换流站的放电电路；所述四端环网式并联MMC‑HVDC系统包括第一～第四共四个换流站，各端换流站之间通过直流传输线两两相连通，所述第一换流站与所述第二、第三换流站之间分别为第一、第二直流传输线，所述第三、第四换流站与故障点之间分别为第三、第四直流传输线，所述第四换流站与第二换流站之间为第五直流传输线；所述第一换流站的放电电路包括三个放电支路，所述三个放电支路并联后两端分别通过平波电抗与故障电路相连；所述故障电路包括两并联的直流支路，其中第一直流支路包括相互串联的第一、第四、第五电阻，且所述第一、第四、第五电阻两端并联第一、第四和第五反向电流源；第二直流支路包括相互串联的第二、第三电阻，且所述第二、第三电阻两端分别并联第二、第三反向电流源。

【技术特征摘要】
1.一种多端MMC-HVDC双极短路故障的放电电路，其特征在于：该放电电路为四端环网式并联MMC-HVDC系统发生直流侧故障时的其中一换流站的放电电路；所述四端环网式并联MMC-HVDC系统包括第一～第四共四个换流站，各端换流站之间通过直流传输线两两相连通，所述第一换流站与所述第二、第三换流站之间分别为第一、第二直流传输线，所述第三、第四换流站与故障点之间分别为第三、第四直流传输线，所述第四换流站与第二换流站之间为第五直流传输线；所述第一换流站的放电电路包括三个放电支路，所述三个放电支路并联后两端分别通过平波电抗与故障电路相连；所述故障电路包括两并联的直流支路，其中第一直流支路包括相互串联的第一、第四、第五电阻，且所述第一、第四、第五电阻两端并联第一、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东，梅念，李高望，程炜，赵峥，刘思源，魏争，李探，陈钊，祝全乐，谭静，刘崇茹，谢国超，王宇，徐东旭，王洁聪，凌博文，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网北京经济技术研究院，华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京,11