一种主动限流与电容换流相结合的MMC-HVDC双极短路故障限流方法技术

一种主动限流与电容换流相结合的MMC

【技术实现步骤摘要】
一种主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法


[0001]本专利技术涉及一种可在柔性直流电网直流侧发生双极短路故障时，对电网中故障电流上升速率和峰值进行有效限制的方法，属于输配电


技术介绍

[0002]随着电力电子技术的不断发展，基于模块化多电平换流器的柔性直流电网(MMC
‑
HVDC)逐渐成为国内外科研人员的研究热点。柔性直流电网可以有效地消纳各类型的新型能源，并根据各地区不同的负荷特性进行优势互补，是实现新型能源并网及远距离传输的最有效的解决办法。
[0003]柔性直流电网高效地发挥作用的前提是直流电网自身保持安全、可靠、连续运行。模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)是柔性直流输电系统的常用换流器(参看图1)，当柔性直流电网直流侧发生双极短路故障时，换流器和直流侧的储能元件通过故障回路快速放电，导致流过电力电子器件的电流迅速上升，即出现过电流现象，如果不能迅速清除故障或者将换流器与电网断开，换流器的电力电子器件很容易被严重的过电流击穿，使系统失稳并造成严重的经济损失。
[0004]为了快速隔离直流故障，在直流电网中会配置直流断路器(Direct Current Circuit Breaker，DCCB)，在柔性直流电网发生双击短路故障后，直流断路器动作，将故障与直流电网隔离，从而防止故障对电网进一步危害(参看图2)。但由于故障电流上升速度快且直流断路器的分断需要一定的时间，故障电流在直流断路器开断前就能迅速上升到很高的峰值，单独的直流断路器往往起不到理想的故障隔离效果，仍可能造成电网中电力电子器件损坏、影响电网安全稳定等问题。因此如何在直流断路器动作之前有效限制故障电流上升速率和峰值，就成为有关技术人员面临的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法，以限制直流断路器动作前的故障电流峰值，保护直流电网中设备，降低换流站因过电流而闭锁风险。
[0006]本专利技术所述问题是以下述技术方案解决的：
[0007]一种主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法，所述方法为抑制MMC直流侧故障电流的上升速率，在半桥型MMC的控制过程中增加如下的主动限流控制环节：
[0008]直流母线电流i
dc
经过微分环节得到直流电流变化率di
dc
/dt，将直流电流变化率di
dc
/dt输入到滞环比较器，直流电流变化率di
dc
/dt大于动作值时滞环比较器输出为1，直流电流变化率di
dc
/dt小于返回值时滞环比较器输出为0，滞环比较器的输出乘以电流变化率的主动限流系数K得到调制系数变化量ΔK
D
，上限幅值1.0减去调制系数变化量ΔK
D
并经
过限幅环节处理后得到主动限流控制后的调制系数K
D
，用主动限流控制后的调制系数K
D
控制投入运行子模块和总数的比值，从而抑制故障电流的增大。
[0009]上述主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法，换流站出口经过DCCB并接限流器，所述限流器包括两个电容、两个充电晶闸管、限流晶闸管和两个充电电阻，第一电容的正极与正极直流线路连接，负极依次经第一充电晶闸管和第一充电电阻与负极直流线路连接，第二电容的负极与负极直流线路连接，正极依次经第二充电电阻和第二充电晶闸管与正极直流线路连接，所述限流晶闸管接于第一电容的负极与第二电容的正极之间，系统正常情况下通过触发两个充电晶闸管对两个电容充电至系统电压，直流电网发生短路故障时，通过触发限流晶闸管使两个电容串联连接后抬高MMC直流侧电压，从而在直流断路器开断之前抑制MMC直流侧电流的增大。
[0010]上述主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法，换流站正极经直流断路器与直流电网的正极母线连接，所述第二充电晶闸管和第一电容的正极接于直流断路器出口处。
[0011]上述主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法，所述限流器还包括二极管耗能支路，所述二极管耗能支路包括两个二极管和两个耗能电阻，第一二极管的正极接第一电容的负极，第一二极管的负极通过第一耗能电阻与第一电容的正极连接；第二二极管的正极接第二电容的负极，第二二极管的负极通过第二耗能电阻与第二电容的正极连接。
[0012]本专利技术利用并接在系统中限流器的电容换流来抑制换流站侧直流电流，可以有效限制直流断路器开断前的故障电流的上升速率和峰值，保护直流防止柔性直流电网中电力电子器件被过电流击穿，阻止电网故障的进一步蔓延。
[0013]本专利技术利用柔性直流电网发生双极短路故障时的电流变化特性，通过主动限流控制环节来抑制故障电流的上升速率，初步地对故障的发展进行限制，待故障电流达到设定的阈值后，由主动限流控制环节和限流器共同抑制故障电流的增加，大大提高了抑流效果，在直流断路器开断之前能够显著降低故障电流峰值，缩短故障隔离时间，并减小换流器闭锁风险，提高柔性直流电网运行的安全稳定性。
附图说明
[0014]下面结合附图对本专利技术作进一步详述。
[0015]图1为模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)的等效电路图；
[0016]图2为MMC发生双极短路故障后故障回路的等效电路图；
[0017]图3为主动限流控制框图；
[0018]图4为电容换流限流器原理图。
[0019]图中和文中所用符号清单为：
[0020]MMC
‑
HVDC：模块化多电平换流器的柔性直流电网；MMC：模块化多电平变换器；i
a
，i
b
，i
c
：交流电网各相电流；u
a
，u
b
，u
c
：MMC交流侧输出电压；i
dc
：直流电流；U
dc
：直流电压；R
ac
：交流系统电阻；L
ac
：交流系统电感；i
pa
，i
pb
，i
pc
：上桥臂电流；i
na
，i
nb
，i
nc
:下桥臂电流；u
pa
，u
pb
，u
pc
：上桥臂子模块电压；u
na
，u
nb
，u
nc
：下桥臂子模块电压；u
ph
：单相桥臂电压和；L
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法，其特征是，为抑制MMC直流侧故障电流的上升速率，在半桥型MMC的控制过程中增加如下的主动限流控制环节：直流母线电流i
dc
经过微分环节得到直流电流变化率di
dc
/dt，将直流电流变化率di
dc
/dt输入到滞环比较器，直流电流变化率di
dc
/dt大于动作值时滞环比较器输出为1，直流电流变化率di
dc
/dt小于返回值时滞环比较器输出为0，滞环比较器的输出乘以电流变化率和主动限流系数K得到调制系数变化量ΔK
D
，上限幅值1.0减去调制系数变化量ΔK
D
并经过限幅环节处理后得到主动限流控制后的调制系数K
D
，用主动限流控制后的调制系数K
D
控制投入运行子模块和总数的比值，从而抑制故障电流的增大。2.根据权利要求1所述的一种主动限流与电容换流相结合的MMC
‑
HVDC双极短路故障限流方法，其特征是，所述方法换流站出口经过直流断路器DCCB并接限流器，所述限流器包括两个电容、两个充电晶闸管、限流晶闸管(T1)和两个充电电阻，第一电容(C1)的正极与正极直流线路连接，负极依次经第一充电晶闸管(T
C1
)和第一充电电阻(R
C1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英培，朱宇琦，梁海平，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：