一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略，所述双向故障穿越控制策略同时具备应对交流电网三相电压跌落故障与应对直流侧极间短路故障穿越能力，且采用混合调制技术，根据不同工况的运行需要切换不同的工作模式。本发明专利技术所述光伏逆变器采用子模块混合型MMC而非纯全桥结构，在保证系统运行需求条件下降低了成本；创造性地基于“虚拟半桥”视角进行全桥子模块拓扑解析，奠定了混合调制技术的基础；交流电网电压跌落故障时可以实现交流故障电流抑制和维持母线电压稳定，直流侧发生双极短路故障时可主动限制短路电流为零，实现直流故障穿越；混合调制技术保障系统实现各工况下功率传输、故障穿越需求。故障穿越需求。故障穿越需求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略


[0001]本专利技术涉及模块化多电平换流器
，具体是一种适用于光伏逆变器 的双向故障穿越控制策略。

技术介绍

[0002]以光伏、风电为代表的新能源是未来电网发展的重要方向，因此以光伏风 电为主体的新能源汇集、传输是目前电网的热门研究方向之一。柔性直流输电 工程中，为了满足新能源入网的要求，对中低电压等级换流站的需求会逐步增 多。在这种场景下，MMC子模块数量相对较少，典型的最近电平逼近调制(NearestLevel Control，NLM)不再适用，采用载波移相PWM(Phase
‑
Shifted
‑
CarrierPWM， PSC
‑
PWM)能够更好地发挥换流器的性能，在相对较低的开关频率下消除谐波。
[0003]针对以MMC为代表的电压源换流器展开了有关拓扑、控制、保护等方面的 许多研究，其中调制方式对电压源换流器的运行性能有关键性影响。而目前针 对MMC调制的研究中，基本集中在单桥臂子模块数目达上百个甚至更多的高压 直流输电场景，而对于中低压场合的研究则基本局限于典型半桥MMC结构，调 制策略应用场景较为局限，且因半桥MMC不具备直流故障穿越能力而不适用于 如光伏等中低压新能源接入场景。为此我们提出一种适用于光伏逆变器的双向 故障穿越控制策略用于解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略， 以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略，所述双向故障穿越控制 策略同时具备应对交流电网三相电压跌落故障与应对直流侧极间短路故障穿越 能力，且双向故障穿越控制策略采用混合调制技术，根据不同工况的运行需要 切换不同的工作模式，工作模式包括：
[0007]1.1：正常运行工况；
[0008]1.2：交流电网电压跌落故障；
[0009]1.3：直流侧极间短路故障；
[0010]所述光伏逆变站采用三相混合型MMC拓扑结构，三相混合型MMC拓扑结构 每相有上下两桥臂，各桥臂2个HBSM和2个FBSM的混合MMC结构，基于“虚 拟半桥”视角将FBSM拆分为两个方向相反的HBSM。
[0011]进一步的，基于“虚拟半桥”视角拆分的所述HBSM左侧为HBSM1，其工作 原理为正常HBSM，右侧为虚拟半桥结构HBSM2，单独控制左右两个HBSM的投切 状态，将两者的输出叠加，从而对FBSM的输出控制，单独控制HBSM1、HBSM2 的投入旁路，从而控制FBSM在正投入、旁路、负投入三种状态之间切换。
[0012]进一步的，所述1.1：正常运行时，将混合型MMC仍旧视为半桥MMC，依次 将四个触发信号置给四个子模块，维持系统运行，两个真实HBSM与两个FBSM 的左侧等效半桥HBSM1投入。
[0013]进一步的，所述1.2：交流电网电压跌落故障时，等同工作模式1.1，FBSM 投入左侧HBSM1工作。
[0014]进一步的，所述1.3：换流站发生直流侧极间短路故障时，两个真实HBSM 与两个FBSM的右侧等效半桥HBSM2投入，FBSM在电路中实际等效为反向的HBSM， 通过输出负压使换流站输出直流电压为零，主动限制短路电流大小，实现故障 穿越。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0016]1.本专利技术双向故障穿越控制策略采用半桥全桥子模块混合型MMC而非纯全 桥结构，在保证系统正常运行条件下降低了成本；
[0017]2.本专利技术双向故障穿越控制策略针对并网逆变器的特殊地位，综合考虑其 稳态、交流故障、直流故障协调控制运行的需求，在控制器中集成设计了应对 交流电网电压跌落与应对直流侧极间短路故障的交直流协同故障穿越控制策略， 交流电网电压跌落故障时可以实现交流故障电流抑制和维持母线电压稳定，直 流侧发生双极短路故障时可主动限制短路电流为零，实现直流故障穿越；
[0018]3.本专利技术双向故障穿越控制策略创造性地基于“虚拟半桥”视角进行全桥 子模块拓扑解析奠定了混合调制技术的基础，通过对全桥结构进行“虚拟半桥
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的特殊理解，设计的混合调制策略可通过控制子模块IGBT的通断实现子模块灵 活投切，不仅可实现各工况下功率传输、故障穿越需求，而且有效抑制电容纹 波，维持子模块电容电压稳定性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为三相混合型MMC拓扑结构图；
[0021]图2为HBSM开关状态表；
[0022]图3为HBSM电流流通路径；
[0023]图4为子模块全桥拓扑结构图；
[0024]图5为全桥子模块拓扑解析示意图；
[0025]图6为应对交流电网三相电压跌落故障的控制策略图；
[0026]图7为应对直流侧极间短路故障的故障穿越控制策略图；
[0027]图8为调制波与载波图；
[0028]图9为4组载波图；
[0029]图10为单桥臂4个子模块脉冲触发信号图；
[0030]图11为正常运行时子模块投入情况图；
[0031]图12为直流故障穿越运行时子模块投入情况图；
[0032]图13为有功功率波形图；
[0033]图14为换流站输出交流电压波形图；
[0034]图15为换流站输出交流电流波形图；
[0035]图16为直流母线电压波形图；
[0036]图17为子模块电容电压波形图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚 度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系， 仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必 须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限 制。
[0039]请参阅图1至图17所示，一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略， 其中，图1是三相混合型MMC拓扑结构，每相有上下两桥臂，由于HBSM不具备 直流故障穿越能力，而FBSM成本较HBSM高，因此本专利技术采用各桥臂2个HBSM2 个F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略，其特征在于，所述双向故障穿越控制策略同时具备应对交流电网三相电压跌落故障与应对直流侧极间短路故障穿越能力，且双向故障穿越控制策略采用混合调制技术，根据不同工况的运行需要切换不同的工作模式，工作模式包括：1.1：正常运行工况；1.2：交流电网电压跌落故障；1.3：直流侧极间短路故障；所述光伏逆变站采用三相混合型MMC拓扑结构，三相混合型MMC拓扑结构每相有上下两桥臂，各桥臂2个HBSM和2个FBSM的混合MMC结构，基于“虚拟半桥”视角将FBSM拆分为两个方向相反的HBSM。2.根据权利要求1所述的一种适用于光伏逆变器的双向故障穿越控制策略,其特征在于，基于“虚拟半桥”视角拆分的所述HBSM左侧为HBSM1，其工作原理为正常HBSM，右侧为虚拟半桥结构HBSM2，单独控制左右两个HBSM的投切状态，将两者的输出叠加，从而对FBSM的输出控制，单独控制HBS...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅军，张森，雷刘鹏，张丙天，陈萧宇，段方维，范维，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院国网辽宁省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：