一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法及装置，当子模块故障时将直流母线电压参考值下降到新的稳态值，在不显著降低系统性能的同时保证各子模块的工作状态稳定。同时考虑调制比，采用有载调压变压器对交流侧电压进行调整实现容错运行。变压器对交流侧电压进行调整实现容错运行。变压器对交流侧电压进行调整实现容错运行。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法及装置，属于电力电子


技术介绍

[0002]近年来，高压直流输电技术的飞速发展，降低了输电成本、提高了传输效率、减少了环境污染，带来了显著的社会和经济效益。模块化多电平换流器(MMC)被广泛应用在高压直流输电领域。MMC采用子模块级联的方式，降低了所需IGBT的制造难度、减少了开关损耗、提高了电压波形质量。因此，子模块的可靠性是衡量MMC性能的重要指标，子模块故障情况下系统的可靠运行十分重要。
[0003]当前主要采用冗余子模块实现系统的容错运行，但是由于存在额外的冗余子模块，MMC换流器的成本和尺寸增加。而且旁路开关存在损耗，降低系统效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法及装置，不使用冗余子模块，且不会显著降低系统的性能，能够解决子模块冗余、设备体积大，成本高等问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法，包括：
[0007]实时检测模块化多电平换流器子模块电压，获取模块化多电平换流器半桥中各相子模块故障数量；
[0008]根据子模块故障数量按如下方式调整直流母线电压参考值：
[0009][0010]其中，V
DC
为正常运行时直流母线电压实测值，为故障期间直流母线电压参考值，N为半桥中子模块个数，F
max
为半桥中各相子模块故障数量最大值；
[0011]实时检测直流母线电压变化范围，如果超过预设阈值，则根据调制比对交流电网电压进行调整直至满足调制比要求。
[0012]进一步的，
[0013]如果仅一个半桥中的子模块故障，则获取该半桥中各相子模块故障数量F
a
，F
b
，F
c
，则在另一半桥的a相，b相，c相中分别旁路F
a
，F
b
，F
c
个正常工作的子模块；
[0014]如果上、下桥臂中均有子模块故障，则以发生故障子模块数量最多的相所在的半桥为准，则获取该半桥中各相子模块故障数量F
a
，F
b
，F
c
，在另一半桥的a相，b相，c相中旁路子模块，保证同一相上下桥臂正常工作的子模块数量相同。
[0015]进一步的，所述预设阈值为
±
10％。
[0016]进一步的，根据调制比对交流电网电压进行调整，包括：
[0017]如果直流母线电压下降大于10％且调制比m≥1，则通过有载调压变压器OLTC降低交流电网电压直至调制比控制在0.7＜m＜1范围内；
[0018]如果直流母线电压上升大于10％且调制比m≤0.7，则通过有载调压变压器OLTC升高交流电网电压直至调制比控制在0.7＜m＜1范围内。
[0019]进一步的，所述调制比计算如下：
[0020][0021]其中，m为调制比，V
DC
为正常运行时直流母线电压实测值，V
jO
为v
jO
幅值，v
jO
是由峰值为
±
V
DC
/2 的模块化多电平换流器产生的M级电平交流电压。
[0022]进一步的，所述有载调压变压器OLTC串联在MMC换流器的交流侧。
[0023]进一步的，通过有载调压变压器OLTC降低或升高交流电网电压过程中，有载调压变压器OLTC以2.5％的步长调节抽头位置。
[0024]本专利技术还提供一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行装置，包括：
[0025]检测模块，用于实时检测模块化多电平换流器子模块电压，获取模块化多电平换流器半桥中各相子模块故障数量；
[0026]调整模块，用于根据子模块故障数量按如下方式调整直流母线电压参考值：
[0027][0028]其中，V
DC
为正常运行时直流母线电压实测值，为故障期间直流母线电压参考值，N为半桥中子模块个数，F
max
为半桥中各相子模块故障数量最大值；
[0029]以及，
[0030]修正模块，用于实时检测直流母线电压变化范围，如果超过预设阈值，则根据调制比对交流电网电压进行调整直至满足调制比要求。
[0031]进一步的，所述修正模块具体用于，
[0032]如果直流母线电压下降大于10％且调制比m≥1，则通过有载调压变压器OLTC降低交流电网电压直至调制比控制在0.7＜m＜1范围内；
[0033]如果直流母线电压上升大于10％且调制比m≤0.7，则通过有载调压变压器OLTC升高交流电网电压直至调制比控制在0.7＜m＜1范围内。
[0034]本专利技术的有益效果为：
[0035]本专利技术提出了一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法，该方法不使用冗余子模块，并且不会显著降低系统的性能。当子模块出现故障时，将直流母线电压参考值下降到新的稳态值，在不显著降低系统性能的同时保证各子模块的工作状态稳定。
附图说明
[0036]图1为基于MMC的双向VSC
‑
HVDC系统拓扑结构图；
[0037]图2为MMC的电路结构图；
[0038]图3为MMC子模块电路结构图；
[0039]图4为MMC的等效电路图；
[0040]图5为本专利技术提供的模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法流程图；
[0041]图6为本专利技术实施例中的仿真结果。
具体实施方式
[0042]下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0043]本专利技术提供一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法，具体如下：
[0044]首先，基于模块化多电平换流器(MMC)的双向高压直流输电(VSC
‑
HVDC)系统拓扑结构，建立子模块的数学模型；
[0045]然后，根据基于模块化多电平换流器(MMC)的双向高压直流输电系统拓扑结构与子模块的数学模型，提出了一种基于控制直流侧电压的系统容错运行(FTO)算法，将直流侧电压(V
DC
)下降到新的稳态值；
[0046]最后，综合考虑MMC输出交流电压的谐波畸变率在合理的范围内，以及直流母线电压的降低范围受到调制比m的限制，采用有载调压变压器OLTC调整交流电网电压来实现容错运行。
[0047]参见图1为基于模块化多电平换流器(MMC)的两端高压直流输电系统拓扑结构图，换流器的两端均连接交流电网，采用MMC控制结构。以左边结构为例(右边结构类似，因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法，其特征在于，包括：实时检测模块化多电平换流器子模块电压，获取模块化多电平换流器半桥中各相子模块故障数量；根据子模块故障数量按如下方式调整直流母线电压参考值：其中，V
DC
为正常运行时直流母线电压实测值，为故障期间直流母线电压参考值，N为半桥中子模块个数，F
max
为半桥中各相子模块故障数量最大值；实时检测直流母线电压变化范围，如果超过预设阈值，则根据调制比对交流电网电压进行调整直至满足调制比要求。2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法，其特征在于，如果仅一个半桥中的子模块故障，则获取该半桥中各相子模块故障数量F
a
，F
b
，F
c
，则在另一半桥的a相，b相，c相中分别旁路F
a
，F
b
，F
c
个正常工作的子模块；如果上、下桥臂中均有子模块故障，则以发生故障子模块数量最多的相所在的半桥为准，则获取该半桥中各相子模块故障数量F
a
，F
b
，F
c
，在另一半桥的a相，b相，c相中旁路子模块，保证同一相上下桥臂正常工作的子模块数量相同。3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法，其特征在于，所述预设阈值为
±
10％。4.根据权利要求3所述的一种模块化多电平换流器子模块故障下的容错运行方法，其特征在于，根据调制比对交流电网电压进行调整，包括：如果直流母线电压下降大于10％且调制比m≥1，则通过有载调压变压器OLTC降低交流电网电压直至调制比控制在0.7＜m＜1范围内；如果直流母线电压上升大于10％且调制比m≤0.7，则通过有载调压变压器OLTC升高交流电网电压直至调制比控制在0.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：林金娇，孔祥平，周琦，郑俊超，李鹏，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：