[发明专利]基于MMMC的端对端低频输电系统故障后转两相输电方法

说明书

本发明公开了一种基于MMMC的端对端低频输电系统故障后转两相输电方法，应用于柔性低频输电送出系统中。当发生低频侧子换流器故障后不再闭锁整个系统，而是由原三相输电方式转为二相输电方式，也即切换跳开该子换流器以及与之相连接的交流低频线路，控制系统转换控制方式为两相输电方式；当发生低频线路单相故障后，MMMC不再进入非对称运行方式，而是直接把两侧与之相连的子换流器闭锁，从而进入对称的两相输电方式。本发明涉及的两相输电方式有直流和交流两种不同的形式，两相电压的相位相反(相差180度)。本发明实现了基于MMMC的端对端低频输电系统低频侧子换流器或低频线路单相故障后的应对策略，故障后系统的对称性好，经济性效益显著。

技术领域

本发明属于柔性低频输电及AC/AC变流技术领域，具体涉及一种模块化多电平矩阵式换流器(Modular Multi-Level Matric Converter,MMMC)低频侧子换流器或低频线路单相故障后转为两相输电对称运行方法。

背景技术

电压和频率是交流电能的两个最重要的参数。自从发明了变压器后，从发电、输电到用电，人们可以根据需要选取不同的电压等级，已达到提高效率、方便使用的目的。但频率却似乎是技术禁区，只能是50Hz或60Hz。其实，历史上曾出现过25Hz、50/3Hz、50Hz、60Hz、133Hz的电网，例如，1896年美国的布法罗水电站向纽约送电就采用了25Hz的方案。实际上，如果能在发电、输电、用电等环节采用不同的频率，则可能发挥巨大的效益。例如，若采用较低的频率进行远距离输电可以大幅度提高线路输送能力；若采用较高的频率来使用电能，则可以显著减少电气设备的体积和重量，节约能源和原材料。随着新型材料的出现及电力电子技术的发展，各种用途的大功率变频器正不断开发出来，为更加科学合理的生产、输送和使用电能开辟了新的途径。基于这样一种思路，王锡凡教授在多年研究的基础上于1994年首次针对远距离水电开发提出了分频输电/低频输电方式。其基本思想是水电机组转速很低，适合发出频率较低的电能；而输送低频电能时，其线路阻抗与频率成比例的下降，因此可大幅度提高线路输送容量。交流输电系统的输送功率极限可用下式估计：

P_max＝U²/X

其中：

U——输电系统额定电压

X——输电系统的电抗

从上式中我们可以看出，输电线路的输送功率与输电系统的额定电压的平方成正比，与系统的电抗X成反比。因此，为了提高输送功率，可以提高电压，也可以降低电抗，降低输电系统频率显然能够成反比地提高系统的输送功率极限。

由于电力电子技术的发展，模块化多电平换流器已在我们的柔性输电领域广泛应用，基于MMMC的低频输电系统存在拓扑结构简单、可以向无源黑网供电、功率潮流完全柔性可调、无需额外的无功补偿设备等显著优势。目前我国正在浙江杭州筹划建设一条端对端的此类型的低频输电示范项目。对于MMMC传统的控制策略，如果其子换流器故障，则直接建议闭锁换流器，该策略会导致系统当前的输送功率全部丢失，对系统有功和无功功率都造成过大的冲击；其次，如果低频侧线路发生单相故障，传统的MMMC控制策略会导致系统非对称运行，引入输大的负序电压分量，其控制策略也十分复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于MMMC的端对端低频输电系统故障后转两相输电方法，可有效提高低频输电系统的动态性能及经济性能。

为达到上述目的，本发明所述提出了一种基于MMMC的端对端低频输电系统故障后转两相输电方法，包括两端交流工频系统，低频输电输电线路，线路断路器，两侧MMMC变流器。其输电系统的整体框图如图1所示。