[发明专利]在多端柔性直流系统中发生直流断线故障的控制方法

说明书

本发明公开了一种在多端柔性直流系统中发生直流断线故障的控制方法，修改多端系统中定电压站和定功率站的外环控制结构，通过引入修正量的方式，改善换流站在故障期间的暂态特性，包括引入定直流电压指令修正量和引入定有功功率指令修正量。采用本发明控制方法后，发生断线故障后的直流系统能够快速恢复稳定，且非故障线路的过流峰值得到明显的抑制；相较传统控制方法，本发明方法改进了换流器的外环控制环节，对故障发生初期的线路过流峰值抑制明显。

技术领域

本发明涉及柔性直流系统控制领域，特别是一种在多端柔性直流系统中发生直流断线故障的控制方法。

背景技术

在两端直流系统中，当该系统中发生直流线路断线故障时，换流站之间的功率传输被迫中断，进而引起两端换流器处的有功不平衡现象。换流器子模块将持续处于不同的充放电状态，这将最终迫使换流站闭锁停运。直流网络的拓扑结构复杂，换流站间的功率传输路径一般有多条。当线路发生断线故障之后，原本流经故障线路的功率向非故障线路转移，各端换流站处有功依旧可以维持平衡。因此，可以通过优化换流站控制策略，从系统控制层面加快系统恢复速度，而无需闭锁换流站。

相比于常规直流输电(LCC-HVDC)，柔性直流输电(VSC-HVDC)不存在换相失败，且可以实现对有功、无功的解耦控制，功率输送方式更为灵活。因此，柔性直流输电技术具有广泛的应用前景。多端柔性直流系统(VSC-MTDC)是在同一直流网络中含有两个以上柔直换流站的系统。目前，主从控制是VSC-MTDC中最常见的站间协调控制策略，其核心内容是由直流网络中某一个换流站控制直流电压，而其余的换流站控制直流功率，相应的称为定电压站、定功率站。

两端直流系统具有唯一的功率传输路径，如图1拓扑所示。当该系统中发生直流线路断线故障时，换流站之间的功率传输被迫中断，进而引起两端换流器处的有功不平衡现象。换流器子模块将持续处于不同的充放电状态，这将最终迫使换流站闭锁停运。

直流网络的拓扑结构复杂，换流站间的功率传输路径一般有多条。如图2拓扑所示，以比较简单的三端环网为例，当线路发生断线故障之后，原本流经故障线路的功率向非故障线路转移，各端换流站处有功依旧可以维持平衡。正是这种传输线路互为“备用”的特点，使得直流网络在发生断线故障后具有保持稳定运行状态的能力。因此，通过优化多端柔性直流系统控制策略来抑制断线故障带来的影响、加快系统恢复速度，是一种十分具有可行性的方案。

在断线故障发生后，同一网络中的非故障线路将会承受一定程度的过电流。以图1和图2为例，线路DC1-DC2发生断线故障后，同一网络中的线路DC1-DC3、DC3-DC2将会承受不同程度的过电流。

出现过电流的主要原因，源于换流站的子模块电容在故障初期充电，而在系统恢复阶段释放多余储能。这一充放电过程扩大了故障影响的范围，延长了直流网络恢复稳定的时间。而这种过电流现象的持续时间远长于换流站控制系统的响应时间，因此可以通过优化控制策略的方式减小过电流对网络产生的影响。

如图3所示，VSC—HVDC一般采用矢量控制，分为外环控制环节和内环控制环节两部分。根据换流站的控制目标不同，外环控制环节又可以分为定有功功率控制、定无功功率控制、定交流电压控制、定直流电压控制。多端柔性直流系统中发生断线故障后，多采取功率速降或功率转代策略，其本质是通过调节功率站的有功指令值来实现降低线路稳态电流的目的。