一种抑制交流故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法技术

本发明专利技术提供了一种抑制单相接地故障下模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，MMC)子模块电容过电压的耦合谐波注入方法。本方法首先建立了发生交流单相接地故障后的三相桥臂瞬时功率模型，该功率模型考虑了二倍频环流和三倍频电压耦合注入以及二倍频环流在桥臂上产生的二倍频电压，以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，对注入的二倍频环流和三倍频电压进行了幅值和相位的优化设计，最后通过改变调制波信号在三相中注入所计算的二倍频环流和三倍频电压。该方法可以有效抑制故障时换流阀桥臂功率的波动，进而降低故障期间子模块电容电压波动，有利于降低MMC在故障期间出现子模块过电压的可能性。压的可能性。压的可能性。

A coupling harmonic injection method to suppress the overvoltage of MMC capacitor under AC fault

【技术实现步骤摘要】
一种抑制交流故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电
，具体涉及一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电(VSC
‑
HVDC)是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。柔性直流输电技术具有有功、无功可独立调节，弱电网接入和低电压穿越能力强，低交流滤波及无功补偿需求等特点。模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有具备控制灵活、模块扩展性、开关频率低、谐波含量低等特点。目前，我国已建成的上海南汇柔性直流工程、南澳三端柔性直流工程、舟山五端柔性直流工程、厦门
±
320kV柔性直流示范工程及张北直流电网工程均采用MMC结构。
[0003]交流单相接地故障是电力系统中发生最普遍和最频繁的故障类型。发生交流单相接地故障时，MMC的动态特性会发生较大变化，子模块电容电压波动不可避免地会增大，可能产生器件过电压，导致电力电子器件的损坏。因此探索抑制交流单相接地故障下MMC子模块电容过电压的方法，有助于提高MMC的可靠性，具有重要的工程意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法，可以有效抑制故障期间MMC换流阀三相桥臂功率的波动，进而降低子模块电容电压波动，有利于降低MMC在故障期间出现子模块过电压的可能性。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]首先推导发生交流单相接地故障的三相桥臂瞬时功率表达式，该功率模型考虑了二倍频环流和三倍频电压耦合注入以及二倍频环流在桥臂上产生的二倍频电压，并以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量为基础，建立优化目标函数，根据优化结果确定二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位，最后根据计算的幅值、相位生成控制器所需要的参考信号。
[0007]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，对注入的二倍频环流进行了幅值和相位的优化设计，最后通过改变调制波信号在三相中注入所计算的二倍频环流和三倍频电压。该方法可以有效抑制换流阀三相桥臂功率的波动，进而降低子模块电容电压波动，有利于降低MMC在故障期间出现子模块过电压的可能性。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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
附图。
[0009]图1为本专利技术实施例提供的一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法的流程图；
[0010]图2为本专利技术实施例提供的一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法的整体系统控制框图。
具体实施方式
[0011]下面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。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0012]本专利技术实施例提供一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法，流程图与整体系统控制框图如图1～图2所示，该方法主要包括如下步骤：
[0013]1、以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，建立优化目标函数。
[0014]本专利技术实施例中，首先，推导发生交流单相接地故障的三相桥臂瞬时功率表达式，再建立优化目标函数。
[0015]1)发生交流单相接地故障时的三相桥臂瞬时功率表达式
[0016]发生交流单相接地故障时(以A相单相接地为例)，三相上桥臂电压可以表示为：
[0017][0018]其中ω为基波角频率，U
dc
为直流电压，U
m
为交流电压幅值，U3、分别为注入三次谐波电压的幅值和相位，u
au_f
、u
bu_f
、u
cu_f
分别表示故障后a、b、c三相上桥臂电压。
[0019]i
cira
、i
cirb
、i
circ
分别表示故障后a、b、c三相桥臂的二次谐波电流分量，表达式如下：
[0020][0021]其中I2表示二倍频环流注入的幅值，表示二倍频环流注入的相角；
[0022]发生交流单相接地故障时，由于故障相无法传输功率，考虑到减少的桥臂电流应力，往往会减少1/3功率的传输，此时三相的上桥臂电流可以分别表示为：
[0023][0024]其中
[0025][0026]其中I
dc
为直流电流，I
m
为交流电流幅值，初相角为i
au_f
、i
bu_f
、i
cu_f
分别表示故障后a、b、c三相上桥臂电流，m表示调制比，其值为2U
m
/U
dc
；
[0027]为了简化表示，作如下定义：
[0028][0029]其中k2和k3分别为二、三次谐波注入系数，c为常数；
[0030]根据上式和调制比的定义可以将桥臂电压和电流表达式进行简化表示：
[0031][0032][0033]由此可得故障后的三相上桥臂瞬时功率的表达式为：
[0034][0035][0036][0037]2)以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，建立优化目标函数。主要过程如下：
[0038]发生交流单相故障时(以a相单相接地为例)，a相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动为：
[0039][0040][0041]对P
au_f1
和P
au_f2
进行恒等变换：
[0042]P
au_f1
＝A
au_f1 sinωt+B
au_f1
cosωt
[0043][0044]P
au_f2
＝A
au_f2 sin2ωt+B
au_f2
cos2ωt
[0045][0046]根据上述恒等变换结果，得到P
au_f1
和P
au_f2
波动幅值为：
[0047][0048]发生交流单相故障时(以a相单相接地为例)，b相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动为：
[0049][0050][0051]对P
bu_f1
和P
bu_f2
进行恒等变换：
[0052]P
bu_f1
＝A
bu_f1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制交流故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法，其特征在于，包括：以发生交流单相接地故障下三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标；以目标函数最小化作为目标进行全局优化，获得最优的二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位；根据最优的二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位生成参考信号，结合调制算法实现二倍频环流和三倍频电压的耦合注入。2.根据权利要求1所述的一种抑制交流故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法，其特征在于，建立优化目标函数之前，先推导发生交流单相接地故障时三相桥臂瞬时功率的表达式，该功率模型考虑了二倍频环流和三倍频电压耦合注入以及二倍频环流在桥臂上产生的二倍频电压，包括：发生交流单相接地故障时(以A相单相接地为例)，三相上桥臂电压可以表示为：其中ω为基波角频率，U
dc
为直流电压，U
m
为交流电压幅值，U3、分别为注入三次谐波电压的幅值和相位，u
au_f
、u
bu_f
、u
cu_f
分别表示故障后a、b、c三相上桥臂电压。i
cira
、i
cirb
、i
circ
分别表示故障后a、b、c三相桥臂的二次谐波电流分量，表达式如下：其中I2表示二倍频环流注入的幅值，表示二倍频环流注入的相角；发生交流单相接地故障时，由于故障相无法传输功率，考虑到减少的桥臂电流应力，往往会减少1/3功率的传输，此时三相的上桥臂电流可以分别表示为：其中
其中I
dc
为直流电流，I
m
为交流电流幅值，初相角为i
au_f
、i
bu_f
、i
cu_f
分别表示故障后a、b、c三相上桥臂电流，m表示调制比，其值为2U
m
/U
dc
；为了简化表示，作如下定义：其中k2和k3分别为二、三次谐波注入系数，c为常数；根据上式和调制比的定义可以将桥臂电压和电流表达式进行简化表示：根据上式和调制比的定义可以将桥臂电压和电流表达式进行简化表示：由此可得故障后含二倍频环流和三倍频电压注入的三相上桥臂瞬时功率的表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种抑制交流故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法，其特征在于，以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，建立优化目标函数包括：根据发生交流单相故障时(以a相接地为例)三相上桥臂的瞬时功率，得到三相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动，进而得到波动幅值；根据获得的三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动的波动幅值建立目标函数如下：其中其中，|P
au_f1
|与|P
au_f2
|分别为a相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动的波动幅值，|P
bu_f1
|与|P
bu_f2

【专利技术属性】
技术研发人员：王鋆鑫，邓伟成，许建中，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：