基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统及控制方法，将故障限流器设置于混合级联型直流受端高端LCC直流出口和对应混合级联型直流受端低端MMC的直流入口之间；LCC发生换相失败故障后，故障限流器控制系统检测到MMC直流电流达到故障限流器启动判据电流，将限流电阻投入，抑制直流故障电流，避免MMC阀组闭锁；受端低端MMC发生单极接地故障时，故障限流器借助自身拓扑阻断正常MMC和故障MMC向故障点的放电回路，保护MMC阀组。本发明专利技术通过简单的控制实现受端高端LCC换相失败故障的穿越，且恢复过程良好，不需要任何控制受端即可实现受端低端MMC单极接地故障的穿越，且故障限流器未采用全控型器件，同时规避了大容量直流断路器的研制问题。

【技术实现步骤摘要】
基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统及控制方法
本专利技术涉及直流输电
，具体为基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统及控制方法。
技术介绍
送端采用LCC，受端采用高端LCC与低端半桥MMC并联组(MMCB)直接串联的混合级联型直流输电系统结合了LCC与MMC各自优势，且天然具有穿越直流线路故障能力，此外，受端低端MMCB可为高端LCC提供一定的无功支撑，降低LCC发生换相失败风险。晶闸管阀组具有十倍过流裕度，然而MMC采用的全控型器件IGBT较为脆弱，仅可耐受两倍额定电流的过流。受端高端LCC发生换相失败故障时，直流故障电流迅速增大，一旦超过IGBT两倍过流限制，保护系统将闭锁MMC阀组，混合级联型直流将出现功率传输中断，不利于电网的安全稳定运行；MMC直流侧单极接地故障发生时，由于半桥MMC不具备直流故障穿越能力，故障MMC和正常MMC的子模块电容均向故障点放电，对MMC阀组造成严重危害。针对LCC换相失败故障，现有研究多集中在LCC换相失败故障的判别和预防，未见有关混合级联型直流LCC换相失败危及MMC阀组正常运行相关解决办法的报道；针对半桥MMC无法穿越直流故障的问题，现有研究(张东寅,范志华,许汉平,等.LCC与FH-MMC混合直流输电系统直流单极接地故障穿越控制策略[J].高电压技术,2020,46(06):2072-2080.)通过使用全桥型MMC在直流故障时输出负电压实现故障穿越，但全桥型MMC大大增加了系统成本；(魏晓光,杨兵建,汤广福.高压直流断路器技术发展与工程实践[J].电网技术,2017,41(10):3180-3188.)针对于直流电网，通过直流断路器切除故障MMC，实现直流故障隔离，维持系统健全部分供电持续性，但不适用于混合级联型直流。因此，混合级联型直流尚无穿越LCC换相失败故障及MMC直流单极接地故障的有效方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越方法，以克服目前混合级联型直流受端LCC换相失败故障和MMC单极接地故障穿越能力不足的问题。技术方案如下：一种基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统，包括多个故障限流器及其控制器，各故障限流器设置于混合级联型直流受端高端LCC直流出口和对应混合级联型直流受端低端MMC的直流入口之间；当混合级联型直流受端高端LCC发生换相失败故障时，故障限流器控制器检测MMC直流电流达到故障限流器启动判据电流Iset时，将限流电阻投入，抑制直流故障电流，以避免MMC阀组闭锁；当某个混合级联型直流受端低端MMC发生单极接地故障时，故障限流器借助自身拓扑阻断正常MMC和该故障MMC向故障点的放电回路，以保护MMC阀组。进一步的，所述故障限流器包括晶闸管阀V1、V2、V3、V4，二极管阀D2、D3、D4，限流电阻R1、R2、R3，电容C和断路器S1；二级管阀D3阴极连接于连接点1，阳极连接于断路器S1的一端，断路器S1的另一端连接于连接点3；晶闸管阀V3阳极连接于连接点1，阴极连接于连接点3；限流电阻R1的一端连接于连接点1，另一端连接于晶闸管阀V1阳极，晶闸管阀V1阴极连接于连接点6；电容C的初始电压Uc负方向连接于连接点3，正方向连接于连接点6；晶闸管阀V4阳极与二极管阀D4阴极共同连接于连接点3，晶闸管阀V4阴极与二极管阀D4阳极共同连接于连接点4；二极管阀D2阳极连接于限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端和晶闸管阀V2的阴极同时连接于连接点4；二极管阀D2阴极和晶闸管阀V2的阳极共同连接于限流电阻R2的一端，限流电阻R2的另一端接于连接点6；所述连接点1连接到混合级联型直流受端高端LCC直流出口，所述连接点4连接到MMC主电路直流入口。更进一步的，所述故障限流器启动判据电流Iset取值小于MMC阀组的两倍过流裕度，即Iset＜2ImmcN；其中，ImmcN为单个MMC额定直流电流。更进一步的，所述电容C的电容值和初始电压满足：其中，Uc为电容C初始电压，Δt为晶闸管关断时间；ImmcN为单个MMC额定直流电流；R2为限流电阻R2的阻值；C为电容C的电容值；限流电阻R1满足：其中，ΔU为LCC直通后定直流电压站MMC与整流侧直流电压差。一种基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统的控制方法，包括：S1：混合级联型直流系统启动时，首先闭合断路器S1，持续为晶闸管阀V3、V4施加触发信号；S2：系统进入稳态运行后，MMC直流电流全部流经晶闸管阀V3、V4所在支路，待流过断路器S1的电流降到0时，打开断路器S1；S3：受端高端LCC换相失败故障发生后，当故障限流器控制器检测到MMC直流线路电流达到故障限流器启动判据电流Iset时，立即给晶闸管阀V1、V2施加触发信号；S4：待故障切除后，故障限流器控制器给晶闸管阀V3、V4施加触发信号本专利技术的有益效果是：1)本专利技术可实现混合级联型直流受端高端LCC换相失败故障穿越，防止直流故障过电流导致的低端MMC阀组闭锁，且控制简单，恢复过程良好；2)本专利技术可实现混合级联型直流受端低端MMC单极接地故障穿越，无需任何控制手段，仅通过故障限流器自身拓扑阻断子模块电容放电回路，维持子模块电容储能，有助于故障后系统快速恢复；3)本专利技术所提故障限流器主要采用晶闸管阀和限流电阻，经济性强，且规避了高速、大容量直流断路器研制问题和限流电感易造成的直流小扰动问题。附图说明图1为本专利技术所提故障限流器(FCL)拓扑图。图2为本专利技术故障限流器在混合级联型直流受端安装位置示意图。图3为本专利技术控制流程图。图4为本专利技术不含故障限流器受端高端LCC换相失败故障下MMC直流电流波形图。图5为本专利技术含故障限流器受端高端LCC换相失败故障下MMC直流电流波形图。图6为本专利技术不含故障限流器受端低端MMC单极接地故障下MMC直流电流波形图。图7为本专利技术含故障限流器受端低端MMC单极接地故障下MMC直流电流波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统，包括多个故障限流器及其控制器，各故障限流器设置于混合级联型直流受端高端LCC直流出口和对应混合级联型直流受端低端MMC的直流入口之间。当混合级联型直流受端高端LCC发生换相失败故障时，故障限流器控制器检测MMC直流电流达到故障限流器启动判据电流Iset时，将限流电阻投入，抑制直流故障电流，以避免MMC阀组闭锁。当某个混合级联型直流受端低端MMC发生单极接地故障时，故障限流器借助自身拓扑阻断正常MMC和该故障MMC向故障点的放电回路，以保护MMC阀组。图1为故障限流器(FCL)拓扑图，具体包括晶闸管阀V1、V2、V3、V4，二极管阀D2、D3、D4，限流电阻R1、R2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统，其特征在于，包括多个故障限流器及其控制器，各故障限流器设置于混合级联型直流受端高端LCC直流出口和对应混合级联型直流受端低端MMC的直流入口之间；/n当混合级联型直流受端高端LCC发生换相失败故障时，故障限流器控制器检测MMC直流电流达到故障限流器启动判据电流I

【技术特征摘要】
1.一种基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统，其特征在于，包括多个故障限流器及其控制器，各故障限流器设置于混合级联型直流受端高端LCC直流出口和对应混合级联型直流受端低端MMC的直流入口之间；
当混合级联型直流受端高端LCC发生换相失败故障时，故障限流器控制器检测MMC直流电流达到故障限流器启动判据电流Iset时，将限流电阻投入，抑制直流故障电流，以避免MMC阀组闭锁；
当某个混合级联型直流受端低端MMC发生单极接地故障时，故障限流器借助自身拓扑阻断正常MMC和该故障MMC向故障点的放电回路，以保护MMC阀组。


2.根据权利要求1所述的基于故障限流器的混合级联型直流故障穿越系统，其特征在于，所述故障限流器包括晶闸管阀V1、V2、V3、V4，二极管阀D2、D3、D4，限流电阻R1、R2、R3，电容C和断路器S1；二级管阀D3阴极连接于连接点1，阳极连接于断路器S1的一端，断路器S1的另一端连接于连接点3；晶闸管阀V3阳极连接于连接点1，阴极连接于连接点3；限流电阻R1的一端连接于连接点1，另一端连接于晶闸管阀V1阳极，晶闸管阀V1阴极连接于连接点6；电容C的初始电压Uc负方向连接于连接点3，正方向连接于连接点6；晶闸管阀V4阳极与二极管阀D4阴极共同连接于连接点3，晶闸管阀V4阴极与二极管阀D4阳极共同连接于连接点4；二极管阀D2阳极连接于限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端和晶闸管阀V2的阴极同时连接于连接点4；二极管阀D2阴极和晶闸管阀V2的阳极共同连接于限流电阻R2的一端，限流电阻R2的另一端接于连接点...

【专利技术属性】
技术研发人员：江琴，王相飞，李保宏，刘天琪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51