[发明专利]MMC柔性直流输电控制保护设备的实验系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于模块化多电平柔性直流输电领域，特别涉及一种模块化多电平柔性直流输电控制保护设备的实验系统及实验方法。

背景技术

柔性直流输电是一种采用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）全控器件构成电压源型换流阀，进行直流输电传输的方式，模块化多电平（MMC，Multi-level modular Converter）方式构成的换流阀即是其中一种，可参见J.DORH,H.HUANG,D.RETZMANN.A new Multilevel Voltage-sourced converter Topology for HVDC Applications[C],Cigre Symposium Paris2008,France。如图1所示是模块化多电平换流器的拓扑图，图中是三相六个桥臂的完整结构，图中每个桥臂由多个半桥子模块串联组成。

模块化多电平柔性直流输电控制保护设备以及阀基控制电子设备，是对模块化多电平换流器进行控制的设备，控制的目的是满足柔性直流输电换流站的运行要求，这些要求包括对输送直流功率大小的调节，对模块化多电平换流器连接至电网处的电压和无功功率进行调节，以及对站内开关刀闸进行满足一定顺序的操作；

模块化多电平柔性直流输电控制保护设备以及阀基控制电子设备，需要模拟现场情况进行控制性能测试，保护功能测试，以及子模块的策略验证实验，借此调整控制保护系统的动态性能，保护参数设置，保护功能，同时验证和改进阀基控制电子设备子模块保护策略。通常的模拟实验的方法是将换流阀等一次系统设备按照一定容量比例进行缩小，按照实际拓扑结构搭建成小容量的动态模拟实验系统，并与实际的控制保护设备形成闭环系统来完成各种动态实验，例如在专利申请号201110171890.9，申请公布号为CN102313850A，题名为：一种柔性直流输电系统的物理实时动态模拟装置文中，提到一种模块化多电平柔性直流输电控制保护设备实验系统及实验方法，就是按照这种方式进行物理模型搭建的实验系统，这种方式的缺点是需要搭建包括变压器，电抗器，以及子模块等一次设备的等比缩小物理模型，不仅占用空间，而且在设备参数变化的时候影响实验性能，更改参数困难。

另一方面，由于每个桥臂为多个等比缩小的模块化多电平换流器子模块板卡串联组成，每个子模块板卡包含有通讯接口，与阀基控制电子设备连接复杂，在子模块数量增加时，难于在原来基础上进行扩展。

在文献“刘涛，郭春义，赵成勇，马玉龙，模块化多电平换流器主电路在RTDS中的建模，中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十六届学术年会暨中国电机工程学会电力系统专业委员会2010年年会”中提到利用实时仿真平台RTDS搭建模块化多电平换流器主电路模型，并利用小步长线路模型扩大了模块化多电平换流器在RTDS中的仿真容量，并对采用了小步长线路模型后对模块化多电平换流器运行特性的影响进行了试验验证。这是利用RTDS的离线仿真能力，对RTDS本身的仿真容量进行研究。

在文献“L A Gregoire,W Li,J Belanger,L Snider,Validationof a 60-level modular multilevel converter model-overview of offline and real-time HIL testing and results.International conference on power systems Transients(IPST2011)Delft,the Netherlands June14-17,2011”中提到将换流器模型和控制器分别放到两个独立的实时数字仿真器中，这是一种对仿真系统本身和数学模型的测试，但是缺少了重要环节阀基控制电子设备，无法对阀基控制电子设备的子模块保护策略进行验证，另一方面，没有采用实际的控制保护设备，也无法对实际的控制保护设备的控制特性和保护能力做完整的测试。

目前模块化多电平柔性直流输电控制保护设备实验具有以下特点：

（1）一次系统拓扑中的子模块数量在不同的工程中数量不同，不同数量子模块就会带来输出电压，电流的特性不同，需要控制保护设备根据情况调整控制程序参数，满足控制特性要求；

（2）控制保护设备的控制策略需要根据现场要求进行频繁调整，调整后需要在现场进行短时间测试就要投入现场运行，有时候甚至出现调整策略后，由于条件限制难于验证的情况；

（3）阀基控制电子设备中涉及子模块的保护策略难于在现场验证；