一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法和装置，包括计算模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的平均值，通过过滤平均值中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量；比较上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小，确定死区环节的输出；当死区环节的输出为上、下桥臂电容电压的直流分量之差时，利用基于比例积分控制的比例控制器对其输出进行调节，获取补偿电压；将补偿电压与桥臂参考电压叠加，以实现柔性直流输电系统故障快速恢复控制。从而加快柔性直流输电系统故障发生后快速恢复到原始的运行状态，降低故障对整个系统运行特性的影响，提高系统的运行稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法和装置
本专利技术涉及基于电压源型换流器(voltagesourceconverter,VSC)的高压直流输电(highvoltagedirectcurrent,HVDC)领域，包括两端直流输电技术、多端直流输电技术与直流电网技术等等，具体涉及一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法及装置。
技术介绍
世界上能源和环境污染问题已经引起了各个国家的关注，降低化石能源的消耗以及提高可再能源的使用效率是各个国家正在积极努力的方向。随着风电、水电和光伏等可再能源的大力开发，传统交流输电或常规直流输电难以满足电能的输送要求，然而使用VSC-HVDC将这些可再生能源产生的电能以灵活可控的方式外送，有利于提高可再生能源的使用效率。由于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)如附图2所示；输出电压畸变率低，器件开关频率低以及无器件均压等优势条件，成为当前柔性直流输电技术首先拓扑结构，也为构建高压大容量的柔性直流输电系统创造了有利条件。受限于直流电缆电压等级的制约，架空线输电是当前MMC应用于高压柔性直流输电场合的优先选择方案。当直流输电系统或直流电网采用架空线作为输电线路时，由于架空线没有绝缘层包围，因此在实际工程中经常遭受雷击、闪络以及接地短路故障等等。当短路故障发生之后，直流输电系统中的换流站通过故障点及其交流侧接地装置之间形成电流通路，从而馈入直流故障电流，造成直流输电系统中换流站内部MMC桥臂电容电压快速放电，如附图3所示；导致故障极的电容电压在快速放电之后与非故障极的电容电压之差存在较大的区别。当故障结束之后，MMC每相上桥臂和下桥臂之间电容电压平均值不再相等，由于MMC桥臂等效电阻较小，上桥臂和下桥臂电容电压平均值之差中的直流分量需要经过较长的时间才能逐渐再平衡。在这一段时间内，MMC内部将存在基波环流，增大了电容电压的波动程度以及系统的损耗。为了提高整个直流输电系统的运行效率和性能，有必要对故障发生后的柔性直流输电系统进行快速恢复控制，使得MMC桥臂电容电压达到平衡。
技术实现思路
为了满足现有技术的需要，本专利技术提出一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法及装置，解决了故障发生后的柔性直流输电系统难以快速恢复的难题。加快柔性直流输电系统故障发生后快速恢复到原始的运行状态，降低故障对整个系统运行特性的影响，提高系统的运行稳定性。本专利技术的技术方案是：一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法，所述方法包括：计算模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的平均值，通过过滤平均值中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量；比较上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小，确定死区环节的输出；当所述死区环节的输出为上、下桥臂电容电压的直流分量之差时，利用基于比例积分控制的比例控制器对其输出进行调节，获取补偿电压；将所述补偿电压与模块化多电平换流器的桥臂参考电压叠加，以实现柔性直流输电系统故障快速恢复控制。优选的，所述获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量包括：通过下式确定模块化多电平换流器各相上桥臂电容电压的平均值ucpj_aver：式中，j表示模块化多电换流器的第j相，j＝a、b、c；p为上桥臂物理量，i表示第i个子模块，i＝1,2，…,N，N为桥臂串联的子模块个数，upj_i为第j相上桥臂的第i个子模块电压；通过下式确定模块化多电平换流器换流器各相下桥臂电容电压的平均值ucnj_aver：式中，n为下桥臂的物理量，unj_i为第j相下桥臂的第i个子模块电压；通过过滤上、下桥臂电容电压的平均值ucpj_aver和ucnj_aver中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量ucpj_aver'和ucnj_aver'。优选的，通过下式确定所述各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差：ucpnj_err＝ucpj_aver'-ucnj_aver'(3)式中，j表示模块化多电平换流器第j相，j＝a、b、c，分别代表模块化多电平换流器的三相；ucpj_aver'和ucnj_aver'分别为模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量。优选的，所述比较各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小具体包括：当模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量不一致且其差值大于死区环节的预设阈值时，死区环节输出模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差，否则输出零。优选的，所述补偿电压根据模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差与比例系数K相乘获得。优选的，所述模块化多电平换流器的桥臂参考电压，用于调节模块化多电平换流器桥臂投入的子模块数量；若故障极桥臂的输出电流值大于零，增加桥臂串联的子模块数目；若小于零，则减少桥臂串联的子模块数目；若非故障极桥臂的输出电流值大于零，减少桥臂串联的子模块数目；若小于零，则增加桥臂串联的子模块数目。进一步地，通过下式分别确定模块化多电平换流器第j相上桥臂参考电压和下桥臂参考电压式中，udc为直流侧电压参考值，为交流侧电压参考值，为环流抑制电压参考值，sign(x)为符号函数；ipj和inj分别表示第j相上桥臂的输出电流。一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制装置，所述装置包括：计算模块，用于计算模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的平均值，通过过滤所述平均值中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量；比较模块，用于比较上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小，确定死区环节的输出；获取模块，用于若死区环节的输出为上、下桥臂电容电压的直流分量之差，则利用基于比例积分控制的比例控制器对其输出进行调节，获取补偿电压；控制模块，用于将补偿电压与模块化多电平换流器的桥臂参考电压叠加，以实现柔性直流输电系统故障快速恢复控制。优选的，所述计算模块，包括第一确定单元，用于通过下式确定模块化多电平换流器各相上桥臂电容电压的平均值：式中，j表示模块化多电换流器的第j相，j＝a、b、c；p为上桥臂物理量，i表示第i个子模块，i＝1,2，…,N，N为桥臂串联的子模块个数；upj_i为第j相上桥臂的第i个子模块电压；第二确定单元，用于通过下式确定MMC各相下桥臂电容电压的平均值：式中，n为下桥臂的物理量；unj_i为第j相下桥臂的第i个子模块电压；第三确定单元，用于通过过滤上、下桥臂电容电压的平均值ucpj_aver和ucnj_aver中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量ucpj_aver'和ucnj_aver'。优选的，所述比较模块，包括差值获取单元和判定单元；其中，所述差值获取单元，用于通过下式确定所述各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差：ucpnj_err＝ucpj_aver'-ucnj_aver'(7)；所述判定单元，用于当模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量不一致且其差值大于死区环节的预设阈值时，死区环节输出模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差，否则输出零。优选的，所述获取模块，包括补偿确定单元，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法，其特征在于，所述方法包括：计算模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的平均值，通过过滤平均值中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量；比较上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小，确定死区环节的输出；当所述死区环节的输出为上、下桥臂电容电压的直流分量之差时，利用基于比例积分控制的比例控制器对其输出进行调节，获取补偿电压；将所述补偿电压与模块化多电平换流器的桥臂参考电压叠加，以实现柔性直流输电系统故障快速恢复控制。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统故障快速恢复控制方法，其特征在于，所述方法包括：计算模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的平均值，通过过滤平均值中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量；比较上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小，确定死区环节的输出；当所述死区环节的输出为上、下桥臂电容电压的直流分量之差时，利用基于比例积分控制的比例控制器对其输出进行调节，获取补偿电压；将所述补偿电压与模块化多电平换流器的桥臂参考电压叠加，以实现柔性直流输电系统故障快速恢复控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量包括：通过下式确定模块化多电平换流器各相上桥臂电容电压的平均值ucpj_aver：式中，j表示模块化多电换流器的第j相，j＝a、b、c；p为上桥臂物理量，i表示第i个子模块，i＝1,2，…,N，N为桥臂串联的子模块个数，upj_i为第j相上桥臂的第i个子模块电压；通过下式确定模块化多电平换流器换流器各相下桥臂电容电压的平均值ucnj_aver：式中，n为下桥臂的物理量，unj_i为第j相下桥臂的第i个子模块电压；通过过滤上、下桥臂电容电压的平均值ucpj_aver和ucnj_aver中的基波分量获得模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量ucpj_aver'和ucnj_aver'。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式确定所述各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差：ucpnj_err＝ucpj_aver'-ucnj_aver'(3)式中，j表示模块化多电平换流器第j相，j＝a、b、c，分别代表模块化多电平换流器的三相；ucpj_aver'和ucnj_aver'分别为模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差与死区环节预设阈值之间的大小具体包括：当模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量不一致且其差值大于死区环节的预设阈值时，死区环节输出模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差，否则输出零。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿电压根据模块化多电平换流器各相上、下桥臂电容电压的直流分量之差与比例系数K相乘获得。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模块化多电平换流器的桥臂参考电压，用于调节模块化多电平换流器桥臂投入的子模块数量；若故障极桥臂的输出电流值大于零，增加桥臂串联的子模块数目；若小于零，则减少桥臂串联的子模块数目；若非故障极桥臂的输出电流值大于零，减少桥臂串联的子模块数目；若小于零，则增加桥臂串联的子模块数目。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过下式分别确定模块化多电平换流器第j相上桥臂参考电压和下桥臂参考电压式中，udc为直流侧电压参考值，为交流侧电压参考值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，李云丰，吴亚楠，孔明，范征，贺之渊，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11