[发明专利]光伏中压直流汇集系统及中压侧双极短路故障穿越方法

说明书

本发明公开了一种光伏中压直流汇集系统及中压侧双极短路故障穿越方法，光伏中压直流汇集系统包括MMC换流站、直流变压器及多个集散式光伏阵列模块。MMC换流站交流侧接入三相中压交流电网，直流侧接入中压直流电网，直流变压器输出端接入中压直流电网，输入端与低压直流电网相连，集散式光伏阵列模块并联接入低压直流电网。当直流变压器中压侧发生双极短路故障时，检测故障特征，快速闭锁MMC换流站和直流变压器，控制光伏阵列模块中的开关器件使其短路，改变光伏阵列工作点，降低光伏阵列输出，在整个故障发生、检测、清除、恢复过程中保证光伏阵列不脱网运行，有利于系统的快速恢复，完成双极短路故障穿越，实现光伏中压直流汇集系统的稳定运行。

技术领域

本发明属于电力电子应用的技术领域，尤其涉及一种光伏中压直流汇集系统及中压侧双极短路故障穿越方法。

背景技术

随着光伏发电的大规模发展，平价上网逐渐成为业界关心的问题。不同于东部地区光伏分布式发电“源-荷”就地平衡，实现本地消纳；我国中西部地区光伏发电光照条件好，且土地资源丰富，目前多采用大功率集中式电站发电，然后通过交流汇集组网，经升压变送至中压配网及高压输电网。长距离的汇集及输电线路会导致较大的充电功率，需要增设大容量的无功补偿设备，从而增加建设成本。

随着电力电子技术的发展和柔性直流输电技术的成熟，光伏电站通过中压直流汇集系统与中高压交流电网整合成为趋势。目前集中式光伏发电逐步向集散式架构发展，经过中压汇集系统接入中高压直流电网传输，能够有效地扩大发电量，降低系统运行成本。

对于光伏中压直流汇集这种新型系统，在直流线路发生双极短路故障后，直流变压器常常会闭锁。为了防止低压侧直流线路电压过高，目前业界主要采用直流短路器将光伏阵列解列的方法，但直流断路器的研制还不够成熟，价格较高，且重新启动光伏阵列并网会延长整个系统的恢复时间，不利于直流电网的稳定运行。

针对故障发生时维持光伏阵列不脱网运行，系统快速恢复这一问题研究较少，所以亟待需要提出一种光伏中压直流汇集系统的中压侧双极短路故障穿越方法。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种光伏中压直流汇集系统及中压侧双极短路故障穿越方法，维持直流变压器低压侧电压稳定，保证光伏阵列不脱网运行，实现故障穿越。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种光伏中压直流汇集系统，包括集散式光伏阵列模块、直流变压器和MMC换流站；MMC换流站交流侧接入三相中压交流电网，直流侧接入中压直流电网；直流变压器输出端接入中压直流电网，输入端接入低压直流电网；集散式光伏阵列模块并联接入低压直流电网。

进一步地，单个光伏阵列模块包括太阳能光伏电池和boost变换器，所述太阳能光伏电池的输出与boost变换器低压侧相连，所述boost变换器高压侧接入低压直流电网。

进一步地，所述直流变压器包括逆变器、高频变压器、整流器和整流侧滤波部分；所述整流侧滤波部分一侧与中压直流电网相连，另一侧与整流器的直流侧相连，所述整流器的交流侧与高频变压器相连，所述高频变压器另一侧与逆变器的交流侧相连，所述逆变器的直流侧与光伏阵列模块的输出相连。

进一步地，所述MMC换流站包括三相上下桥臂和直流侧限流电感，所述上/下桥臂包括多个半桥型子模块和一个桥臂电感。

进一步地，所述直流变压器采用单模块或者多模块输入并联输出串联的架构。

进一步地，所述MMC换流站和直流变压器的逆变器均采用全控型器件。

一种光伏中压直流汇集系统的中压侧双极短路故障穿越方法，包括步骤：

(1)正常工况下，系统稳态运行，进行中压直流双极短路故障监测；

(2)监测到中压直流双极短路故障时，MMC换流站和直流变压器闭锁；