一种适用于模块化多电平换流器的增强直流短路故障穿越控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于模块化多电平换流器的增强直流短路故障穿越控制方法，所述短路故障为正负两极中仅其中一极发生的单极接地短路故障，本控制方法涉及故障所在极的控制和与故障所在极相对的另一极的控制。本方法不仅明确了MMC‑HVDC系统在发生直流单极接地短路故障时送端和受端正、负极（故障所在极及另一极）的控制目标，并优化了其有功和无功功率配置原则，能够充分利用MMC‑HVDC系统容量为电网提供有功和无功支撑，使得MMC‑HVDC能够在直流单极接地短路故障下充分利用自身容量实现故障穿越，从而提高MMC‑HVDC系统在直流单极接地短路下故障穿越能力及其所联交流电网的稳定运行能力。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于模块化多电平换流器的增强直流短路故障穿越控制方法
本专利技术涉及电力系统柔性直流输配电，具体涉及一种适用于模块化多电平换流器直流单极接地短路故障的故障穿越控制方法，属于输配电

技术介绍
相比传统的两电平和三电平换流器，模块化多电平换流器(ModularMultilevelConvener，MMC)运行损耗更低，输出电压波形质量更高，可以通过增加子模块数灵活地扩展其电压功率等级，能够有效避免大量开关器件串联使用所带来的一系列问题，在柔性直流输电领域取得了广泛的应用。模块化多电平变流器高压直流(modularmulti-levelconverter-highvoltagedirectcurrent，MMC-HVDC)输电系统发生直流单极接地短路故障时，该极不仅失去了输电能力，且桥臂电容的迅速放电，也会引起严重的过电流问题，此时MMC-HVDC系统的正、负两极的控制目标不再相同，对应的控制指令需要重新制定，有功无功的容量分配也需要重新优化。因此，为了提高MMC-HVDC在直流单极接地短路故障下的故障穿越能力，提出直流单极接地短路故障下的故障穿越控制方法，需进一步对直流单极接地短路故障下MMC-HVDC的故障穿越控制方法进行深入研究。目前，针对MMC-HVDC的直流侧故障穿越控制技术，国内外学者已开展了相关研究，如已公开的下列文献：(1)孔明,汤广福,贺之渊.子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略[J].中国电机工程学报,2014,34(30):5343-5351.(2)YuXinyu,WeiYingdong,JiangQirong.STATCOMoperationschemeoftheCDSM-MMCduringapole-to-poleDCfault[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2016,31(3):1150-1159.文献(1)和(2)针对MMC-HVDC系统直流双极短路故障场景，提出了相应的故障穿越控制策略，但并没有考虑MMC-HVDC系统单极接地短路故障。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提出一种适用于MMC-HVDC系统直流单极接地短路故障下的故障穿越控制方法，本方法不仅明确了MMC-HVDC系统在发生直流单极接地短路故障时送端和受端正、负极(故障所在极及另一极)的控制目标，并优化了其有功和无功功率配置原则，能够充分利用MMC-HVDC系统容量为电网提供有功和无功支撑，从而提高MMC-HVDC系统在直流单极接地短路下故障穿越能力及其所联交流电网的稳定运行能力。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种适用于模块化多电平换流器的增强直流短路故障穿越控制方法，所述短路故障为正负两极中仅其中一极发生的单极接地短路故障，其特征在于：本控制方法涉及故障所在极的控制和与故障所在极相对的另一极的控制，各极控制步骤分别如下：(A)对故障所在极的控制步骤为：A1)分别采集交流电网三相电压信号uabc，MMC-HVDC系统的故障所在极三相桥臂电流信号iuabc，以及子模块电容电压Ucj，j＝1...N，其中N为桥臂的子模块数；A2)将交流电网三相电压信号uabc经过静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，转换为静止两相αβ坐标轴系下的电压信号，即uα、uβ；A3)采用电网电压d轴定向方式，分别将步骤A2)所得静止两相αβ坐标轴系下的电压信号uα、uβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换，得到交流电网三相电压在正向同步旋转坐标轴系下的dq轴分量，即ud、uq；A4)将采集到的MMC-HVDC系统故障所在极三相桥臂电流信号iuabc经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换得到静止两相αβ坐标轴系下的电流iuα、iuβ；A5)将步骤A4)所得静止两相αβ坐标轴系下MMC-HVDC系统故障所在极三相桥臂电流iuα、iuβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换得到MMC-HVDC系统故障所在极三相桥臂电流在正向同步旋转坐标轴系下的dq轴分量，即iud、iuq；A6)将步骤A3)所得到交流电网三相电压在正向同步旋转坐标系下的dq轴分量ud、uq，各子模块电容电压Ucj，以及该故障所在极的无功功率指令Qu*，按照下式计算故障所在极dq轴电流的输出参考值，得到MMC-HVDC系统送、受端故障所在极能够维持各子模块电容电压恒定，并提供相应无功支撑所需的未经限幅的dq轴电流参考值其中，Uc0为子模块电容电压的额定值，Kp1和τi1分别为控制系统中功率和电压外环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Qu*为MMC-HVDC系统故障所在极的无功功率给定值，Qu为故障所在极提供的实际无功功率，|Qu*|最大不得超过故障所在极额定容量；A7)将步骤A6)计算得到电流参考值输送至MMC-HVDC系统的电流内环控制环节，得到MMC-HVDC系统故障所在极在正向同步旋转坐标系下的正序控制电压dq轴分量A8)将步骤A7)得到的MMC-HVDC系统故障所在极的正序控制电压dq轴分量分别经过正向同步旋转坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换得到静止两相αβ坐标轴系下正序控制电压vαβ；A9)将步骤A8)得到的MMC-HVDC系统故障所在极的正序控制电压vαβ通过调制产生PWM驱动信号；(B)对MMC-HVDC系统与故障所在极相对的另一极的控制步骤为：B1)采集MMC-HVDC系统该另一极三相桥臂电流信号ilabc；B2)将采集到的MMC-HVDC系统该另一极三相桥臂电流信号ilabc经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换得到静止两相αβ坐标轴系下的电流ilα、ilβ；B3)将步骤B2)所得静止两相αβ坐标轴系下MMC-HVDC系统该另一极三相桥臂电流ilα、ilβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换得到MMC-HVDC系统该另一极三相桥臂电流在正向同步旋转坐标轴系下的dq轴分量，即ild、ilq；B4)将步骤A3)所得到的交流电网电压在正向同步旋转坐标系下的dq轴分量ud、uq，该另一极的无功功率指令Ql*和有功功率指令Pl*，按照下式，计算该另一极dq轴电流参考值，以确定MMC-HVDC系统送端该另一极能够维持该极直流母线电压恒定，并将剩余容量提供无功需求的未经限幅的dq轴电流参考值其中，为MMC-HVDC系统正负极直流母线电压的额定值，Udc为该极直流母线电压的实际值；Kp4和τi4分别为控制系统中外环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Kp5和τi5分别为控制系统中功率外环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Pl和Ql分别为该另一极提供的实际有功功率和无功功率，Qref为整个MMC-HVDC系统的无功总指令，Pl*和Ql*分别为MMC-HVDC系统该另一极的有功、无功功率给定值，Pl*和Ql*值需满足下式限制：其中，Sl为该另一极的额定视在功率，且Sl＝0.5p.u.；B5)将步骤B4)计算得到的送、受端该另一极电流参考值输送至MMC-HVDC系统的该另一极电流内环控制环节，得到MMC-HVDC系统该另一极在正向同步旋转坐标系下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于模块化多电平换流器的增强直流短路故障穿越控制方法，所述短路故障为正负两极中仅其中一极发生的单极接地短路故障，其特征在于：本控制方法涉及故障所在极的控制和与故障所在极相对的另一极的控制，各极控制步骤分别如下：(A)对故障所在极的控制步骤为：A1)分别采集交流电网三相电压信号uabc，MMC‑HVDC系统的故障所在极三相桥臂电流信号iuabc，以及子模块电容电压Ucj，j＝1...N，其中N为桥臂的子模块数；A2)将交流电网三相电压信号uabc经过静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，转换为静止两相αβ坐标轴系下的电压信号，即uα、uβ；A3)采用电网电压d轴定向方式，分别将步骤A2)所得静止两相αβ坐标轴系下的电压信号uα、uβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换，得到交流电网三相电压在正向同步旋转坐标轴系下的dq轴分量，即ud、uq；A4)将采集到的MMC‑HVDC系统故障所在极三相桥臂电流信号iuabc经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换得到静止两相αβ坐标轴系下的电流iuα、iuβ；A5)将步骤A4)所得静止两相αβ坐标轴系下MMC‑HVDC系统故障所在极三相桥臂电流iuα、iuβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换得到MMC‑HVDC系统故障所在极三相桥臂电流在正向同步旋转坐标轴系下的dq轴分量，即iud、iuq；A6)将步骤A3)所得到交流电网三相电压在正向同步旋转坐标系下的dq轴分量ud、uq，各子模块电容电压Ucj，以及该故障所在极的无功功率指令Qu...

【技术特征摘要】
1.一种适用于模块化多电平换流器的增强直流短路故障穿越控制方法，所述短路故障为正负两极中仅其中一极发生的单极接地短路故障，其特征在于：本控制方法涉及故障所在极的控制和与故障所在极相对的另一极的控制，各极控制步骤分别如下：(A)对故障所在极的控制步骤为：A1)分别采集交流电网三相电压信号uabc，MMC-HVDC系统的故障所在极三相桥臂电流信号iuabc，以及子模块电容电压Ucj，j＝1...N，其中N为桥臂的子模块数；A2)将交流电网三相电压信号uabc经过静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，转换为静止两相αβ坐标轴系下的电压信号，即uα、uβ；A3)采用电网电压d轴定向方式，分别将步骤A2)所得静止两相αβ坐标轴系下的电压信号uα、uβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换，得到交流电网三相电压在正向同步旋转坐标轴系下的dq轴分量，即ud、uq；A4)将采集到的MMC-HVDC系统故障所在极三相桥臂电流信号iuabc经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换得到静止两相αβ坐标轴系下的电流iuα、iuβ；A5)将步骤A4)所得静止两相αβ坐标轴系下MMC-HVDC系统故障所在极三相桥臂电流iuα、iuβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换得到MMC-HVDC系统故障所在极三相桥臂电流在正向同步旋转坐标轴系下的dq轴分量，即iud、iuq；A6)将步骤A3)所得到交流电网三相电压在正向同步旋转坐标系下的dq轴分量ud、uq，各子模块电容电压Ucj，以及该故障所在极的无功功率指令Qu*，按照下式计算故障所在极dq轴电流的输出参考值，得到MMC-HVDC系统送、受端故障所在极能够维持各子模块电容电压恒定，并提供相应无功支撑所需的未经限幅的dq轴电流参考值其中，Uc0为子模块电容电压的额定值，Kp1和τi1分别为控制系统中功率和电压外环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Qu*为MMC-HVDC系统故障所在极的无功功率给定值，Qu为故障所在极提供的实际无功功率，|Qu*|最大不得超过故障所在极额定容量；A7)将步骤A6)计算得到电流参考值输送至MMC-HVDC系统的电流内环控制环节，得到MMC-HVDC系统故障所在极在正向同步旋转坐标系下的正序控制电压dq轴分量A8)将步骤A7)得到的MMC-HVDC系统故障所在极的正序控制电压dq轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚骏，裴金鑫，王雪微，骆悦，张田，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50