[发明专利]一种DC/DC自耦变压器对外部直流线路短路故障的故障穿越方法

摘要

本发明涉及多电压等级直流电网领域，提供一种DC/DC自耦变压器对外部直流线路短路故障的故障穿越方法，该方法包括DC/DC自耦变压器中各个换流器的参数设计方法和故障穿越控制方法。本发明方法能够保证DC/DC自耦变压器在外部直流线路发生短路故障时保持不间断运行，包括故障未能及时清除情况下的长期不间断运行，为多电压等级直流电网在短路故障情况下提供支撑，并在外部故障清除后快速恢复正常运行，可有效提高多电压等级直流电网的运行可靠性。 1

主权项

1.一种DC/DC自耦变压器对外部直流线路短路故障的故障穿越方法，其特征在于该方法包括DC/DC自耦变压器中各个换流器的参数设计方法和故障穿越控制方法：(1)具备对外部直流线路短路故障穿越能力的DC/DC自耦变压器的换流器参数设计方法(1‑1)确定各换流器直流侧电压范围记具备外部直流线路短路故障穿越能力的DC/DC自耦变压器中跨接在高压侧直流正极和低压侧直流正极之间的换流器为VSC1、跨接在低压侧直流正极和低压侧直流负极之间的换流器为VSC2、跨接在低压侧直流负极和高压侧直流负极之间的换流器为VSC3；记具备外部直流线路短路故障穿越能力的DC/DC自耦变压器的额定传输功率为PN、低压侧额定直流电压为E1N、高压侧额定直流电压为E2N、直流电压变比k＝E2N/E1N且k>1，在忽略损耗的条件下，低压侧额定直流电流为idc1N＝PN/E1N，高压侧额定直流电流为idc2N＝PN/E2N，各变量无下标N时，记为该变量的实际运行值，各换流器在额定运行工况下的直流电压由下式给出：当外部直流线路发生短路故障时，各换流器直流侧稳态电压如下表所示：项目VSC1VSC2VSC3高压侧正极对地短路‑E₁/2E₁(E₁‑E₂)/2高压侧负极对地短路(E₁‑E₂)/2E₁‑E₁/2高压侧双极短路‑E₁/2E₁‑E₁/2低压侧正极对地短路E₂/2E₁/2(E₁‑E₂)/2低压侧负极对地短路(E₁‑E₂)/2E₁/2E₂/2低压侧双极短路E₂/20E₂/2为使DC/DC自耦变压器具备在外部直流线路短路故障情况下的故障穿越能力，换流器VSC1和换流器VSC3的直流侧工作电压范围必须涵盖区间[‑E1/2,E2/2]，而换流器VSC2的直流侧工作电压范围必须涵盖区间[0,E1]；(1‑2)确定各换流器额定直流电流，由以下公式给出：(1‑3)确定各换流变压器的额定容量，由以下公式给出：(2)具备对外部直流线路短路故障穿越能力的DC/DC自耦变压器的换流器协调控制方法具备外部直流线路短路故障穿越能力的DC/DC自耦变压器在正常运行时，换流器VSC2采用交流母线电压控制模式，即维持交流母线电压为设定值；换流器VSC1和换流器VSC3采用直流电流控制模式，即它们的直流侧电流维持在远方控制中心下达的功率指令对应的电流值PT/E2，其中，PT为具备外部直流线路短路故障穿越能力的DC/DC自耦变压器运行时由远方控制中心下达的传输功率指令值，E2为当时具备外部直流线路短路故障穿越能力的DC/DC自耦变压器运行的高压侧直流电压，具备外部直流故障穿越能力的DC/DC自耦变压器在检测到各类外部直流线路短路故障时，将切换至故障穿越控制模式，具体控制方法如下：(2‑1)在检测到高压侧外部直流线路发生单极对地短路故障时，换流器VSC2工作模式不变，即采用在DC/DC自耦变压器跟踪远方给定功率指令条件下的维持交流母线电压为设定值的控制模式，而对换流器VSC1和换流器VSC3的直流电流指令值进行修正，记修正后的换流器VSC1和换流器VSC3的直流电流指令值为idcref_m1，则在最低换流器配置条件下，idcref_m1取远方功率指令值PT除以高压侧发生单极对地短路故障后的直流电压Vdc2所得到的值和满足协调控制器所确定的约束条件的高压侧直流电流值idcLim1的较小值，其中，idcLim1由下式确定：(2‑2)在检测到高压侧外部直流线路发生双极短路故障时，换流器VSC2工作状态不变，即采用在DC/DC自耦变压器跟踪远方给定功率指令条件下的维持交流母线电压为设定值的控制模式，而换流器VSC1和换流器VSC3的直流电流指令值同时设置为负值并在快速灭除故障点电弧后变为零或者直接为零；(2‑3)在检测到低压侧外部直流线路发生单极对地短路故障时，换流器VSC2进入低压运行状态，且继续采用维持交流母线电压稳定控制模式，而对换流器VSC1和换流器VSC3的直流电流指令进行修正，记修正后的换流器VSC1和换流器VSC3的直流电流指令值为idcref_m2，在最低换流器配置条件下，idcref_m2取远方功率指令值PT除以高压侧当时运行的直流电压Vdc2所得到的值和满足协调控制器所确定的约束条件的高压侧直流电流值idcLim2的较小值，其中，idcLim2由下式确定：(2‑4)在检测到低压侧外部直流线路发生双极短路故障时，换流器VSC2进入零压运行状态，而换流器VSC1和换流器VSC3的直流电流指令同时设置为负值并在快速灭除故障点电弧后变为零或者直接为零；(2‑5)在外部故障清除后，各个换流器恢复正常工作指令运行。