[发明专利]一种适用于混合型MMC的直流故障穿越控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于混合型MMC的直流故障穿越控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。控制架构由交流控制器、直流电压调节器、虚拟直流电机控制器、直流调制比控制器四部分组成。正常运行时，虚拟直流电机控制器引入直流电机电磁与机械特性，直流电网正常运行时的电压稳定性。MMC发生直流双极短路故障时，该方法直流调制比控制器提前于故障判别调整MMC直流电压，限制故障早期电流上升率及峰值；且虚拟直流电机控制器与直流电压调节器共同实现了MMC无模式切换的直流故障穿越运行。本发明所提供的方法既改善系统故障前稳态运行性能，同时实现无模式切换的直流故障穿越。

技术领域

本发明涉及一种适用于混合型MMC的直流故障穿越技术，具体公开了一种适用于混合型MMC的直流故障穿越控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC，Modular Multilevel Converter)因谐波含量少、开关频率低、可靠性高等优势在柔性直流输电领域具有广阔的发展和应用场景。

随着直流输电容量和输电距离的不断提升，在直流输电领域采用架空线已经是势在必行。然而，相较于直流电缆，架空线的高故障发生率现已成为制约直流输电技术发展的重要因素之一。同时，虽可通过混合型MMC的闭锁进行故障电流抑制，但MMC的闭锁使其失去了保护的选择性且会对交流系统产生冲击，不利于系统的稳定运行，因此直流故障穿越技术应运而生。

然而，目前基于混合型MMC的典型直流故障穿越控制方法，均需要在故障识别后(1～3ms)实现故障电流限制和故障穿越运行，因此其故障穿越动作滞后于故障发生。但柔性直流电网是一个低惯量弱阻尼的系统，在故障识别阶段，故障电流上升速度极快，可能已达额定电流的十几倍，远超过MMC闭锁的阈值，导致系统闭锁限流而无法进入故障穿越运行模式。此外，故障消失后，MMC的运行模式须再次切换至定电压/定功率模式，不利于快速恢复供电。因此，传统控制策略在面临瞬时性故障时，频繁的模式切换既难以及时地限制故障电流的上升也无法快速地恢复供电，不利于系统稳定运行。因此，设计无需模式切换且可快速处理直流故障的直流故障穿越控制方法具有十分重大的意义。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种适用于混合型MMC的直流故障穿越控制方法，利用故障时电气量变化，实现超前于故障判别的故障处理与穿越，且全过程无须模式切换，解决了混合型MMC传统直流故障穿越控制策略在故障识别阶段无故障电流抑制能力以及模式切换频繁不利于瞬时性故障穿越的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种适用于混合型MMC的直流故障穿越控制方法，混合型MMC桥臂拓扑由半桥子模块与可输出负向电压子模块串联而成，直流故障穿越控制方法包含正常运行时电压稳定和故障穿越控制两种运行状态。

状态1：控制稳态运行时电压稳定的步骤如下：

步骤1：直流系统负荷功率P_L的突变使得电源功率P_G与P_L不匹配，此时，MMC直流电压U_dc偏离额定值U_dcn，产生电压偏差ΔU_dc；

步骤2：电压偏差ΔU_dc经控制器PI₁后与U_dcn相乘得到虚拟直流电机机械功率P_m；

步骤3：根据虚拟直流电机传递函数与机械功率P_m得到直流电流信号指令I_{dc_ref}；

步骤4：根据指令电流偏差信号ΔI_{dc_ref}调整直流调制比M_dc，控制换流站输出电压U_{dc_MMC}恢复额定值，调整直流电流I_dc大小，匹配系统功率需求。状态2：发生直流故障后的故障穿越控制方法包括如下8个步骤：