[发明专利]耐交直流故障的交流侧级联型混合MMC拓扑的控制方法

说明书

本发明公开了一种耐交直流故障的交流侧级联型混合MMC拓扑的控制方法，属于电力系统输配电领域。本发明中交流侧级联型混合MMC拓扑由直流侧的主支路和交流侧的辅助支路构成，其中主支路由半桥型子模块构成，用于系统正常运行时的功率输送；辅助支路由全桥型子模块在交流侧级联构成，其用于系统稳态时的运行优化与交直流故障穿越时的电压支撑。稳态运行时，辅助支路输出更精细的电压以平滑低子模块的主支路输出的阶梯波电压，使得并网点电压更接近正弦波形；直流故障时，主支路旁路桥臂中部分半桥型子模块以抑制直流故障电流，而辅助支路支撑并网点交流电压；交流故障时，辅助支路输出一定相位与幅值的交流电压以降低并网点电压，抑制交流故障电流。

技术领域

本发明属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种耐交直流故障的交流侧级联型混合MMC拓扑的控制方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters，MMC)柔性直流输电技术具有有功和无功解耦控制、不存在换相失败等技术优势，是解决我国风电、光伏等新能源大规模并网和远距离输送问题的有效手段。由于我国可再生能源的分布特点，基于架空线构建柔性直流电网是未来发展的必然趋势。然而，传统的模块化多电平换流器拓扑及其控制方法难以应对新能源复杂多变的交流特性以及直流电网迅速上升的故障电流，模块化多电平换流器的新拓扑与控制方法成为目前工业界和学术界的研究热点。

目前业内出现了一种由半桥型子模块与全桥型子模块串联构成的新型模块化多电平换流器拓扑，称之为混合型模块化多电平换流器。通过优化其控制方法，该拓扑可以获得穿越交直流故障的能力，例如中国专利CN201610908532.4提出的应对直流故障的交直流解耦控制方法，以及CN201711338496.3提出的应对交流故障的不间断运行控制方法。然而，混合型模块化多电平换流器目增加电力电子器件数目，存在成本高的缺点。对于目前工程普遍采用的半桥型模块化多电平换流器，CN201910001791.2提出的故障限流控制方法使其具备了主动限制直流故障电流的能力，然而该方法易造成换流器交流侧电压跌落。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种耐交直流故障的交流侧级联型混合MMC拓扑的控制方法，在确保大容量直流输电能力和交流波形质量的同时，解决了现有柔性直流输电系统难以应对交直流故障的问题，并且降低了MMC的成本与体积。

为实现本发明的上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种耐交直流故障的交流侧级联型混合MMC拓扑，该拓扑包括直流侧的主支路和交流侧的辅助支路，具体来说包括：

所述主支路由半桥型子模块构成，用于系统稳态运行时的功率输送；

所述辅助支路由全桥型子模块在交流侧级联构成，其用于系统稳态时的运行优化与交直流故障穿越时的电压支撑。

优选地，所述主支路采用电压等级较高的半桥型子模块，半桥型子模块中的开关设备由多个电力电子开关器件串联构成。

优选地，所述辅助支路的全桥型子模块电压等级低于主支路中的半桥型子模块，全桥型子模块中的开关设备通常为单个电力电子开关器件。

优选地，所述辅助支路的全桥型子模块的个数应满足所有全桥型子模块额定电压之和不低于所述主支路的半桥型子模块的额定电压。

按照本发明的第二方面，本发明提供了一种利用所述的交流侧级联型混合MMC拓扑进行稳态运行优化的控制方法，该方法包括以下步骤：

A1.辅助支路在稳态运行时根据主支路各桥臂的控制信号输出高频阶梯波，降低所述主支路输出的交流电压中的谐波，使得所述的混合MMC拓扑输出的交流电压更为接近正弦波；

A2.辅助支路可以根据系统的运行需求，输出幅值与相位均可控的交流电压，扩展所述混合MMC拓扑交流电压的运行范围以及无功功率的运行区间；

优选地，步骤A1包括以下子步骤：