[发明专利]一种高压直流输电系统交流侧故障时的抗干扰控制方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种高压直流输电系统交流侧故障时的抗干扰控制方法，属于柔性直流输电控制方法技术领域，涉及当全桥型模块化多电平换流器高压直流输电系统交流侧发生不对称故障时，如何控制其正序分量、负序分量以及零序分量。

背景技术

随着大功率全控型电力电子器件的发展，模块化多电平换流器高压直流输电技术受到越来越多的关注。换流器技术不断发展也极大地促进了柔性直流输电的发展，其显著表现为系统输送功率的不断提升。然而，高压大功率的直流断路器的工程应用还不成熟，且由于二极管的续流作用，半桥型模块化多电平换流器在远距离输电和多端直流领域的发展受限。目前，已建成的柔性直流输电工程主要为两电平和三电平电压源型拓扑结构，二者的直流母线间都接有大容量电容器组，一旦直流侧发生短路故障，电容器组放电产生巨大的冲击电流。半桥型模块化多电平换流器在直流母线短路故障时，交流电源将通过子模块中续流二极管向短路点馈入电流。如果该电流在短时间内不能得到抑制，换流站设备可能会受到损坏。

直流故障保护策略对模块化多电平换流器的可靠运行有重要作用，研究具有直流故障穿越能力的模块化多电平换流器拓扑结构具有重要的应用价值。已投运的模块化多电平柔性直流输电工程中，直流侧故障时换流器仍无法有效控制交直流两侧的能量交换，只能通过断开交流侧断路器使换流器退出运行。解决这个问题可以从拓扑结构着手，如果采用全桥型子模块，该模块化多电平换流器在直流侧故障时能够有效控制交直流两侧的能量交换，具有较好的直流侧故障穿越能力。基于MMC(modular multi level converter，模块化多电平换流器拓扑)的上海南汇风电场柔性直流输电示范工程额定直流电压为±30kV，额定直流电流为300A，额定输送功率为18MW，直流电缆长8.6km，已经成功投入运行，具有良好的技术性能。

目前国内外关于模块化多电平换流器高压直流输电系统交流侧发生不对称故障的探讨主要为：论文：模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析[J].高电压技术，2010，32(2)：547-552，分析了MMC内部谐波环流的产生机理并指出其主要为二倍频负序分量。论文：不对称交流电网下MMC-HVDC(基于MMC的高压直流输电系统输电系统)的控制策略[J].中国电机工程学报，2013,33(28):41-49，通过对不对称交流电网下MMC桥臂瞬时功率的分析，指出三相上下桥臂瞬时功率之和与之差由于负序电压的存在将不再对称。并提出了一种基于子模块电容电压预估的最近电平调制和基于桥臂环流预估的直接换流控制相结合的复合控制策略。论文：电压源换相高压直流输电系统接地方式设计[J].中国电机工程学报，2010，30(19)：14-19，对交流侧不对称故障中的零序电压分量的研究表明，零序电压分量会引起直流侧正负极电压的工频共模波动，在直流侧电容中性点直接接地时会进一步导致正负极电容电压的不平衡。论文：电网不平衡时电压源换流器高压直流输电统一控制策略[J].中国电机工程学报，2012，32(34)：50-57，研究了电网不平衡时电压源换流器的稳定控制问题，但仅考虑了负序分量引起的直流电压波动，而没有论及零序分量对直流侧电压的影响。外部不对称故障下的柔性直流输电负序电流抑制方法[J].云南电力技术，论文：2015,43(5):97-101，采用基于正弦分解的瞬时对称分量法，快速有效地将采集的电源侧瞬时电压分离出正序和负序分量，并运用成熟的双闭环换流器控制策略，分别对正负序电压进行处理，最后叠加于控制电压上进行不平衡电压补偿。

现有技术的研究主要针对两电平VSC系统，少量文献将基于不对称分量法，添加负序分量、零序分量控制器的方法应用到半桥型MMC柔性直流输电系统中。还并没有研究涉及全桥MMC-HVDC系统的交流抗干扰控制，不能在交流侧发生故障或扰动时，提高系统抗干扰性能。

发明内容

因此，针对现有技术的上述不足，本发明专利结合具有故障自清除能力的全桥型MMC柔性直流系统，针对交流侧不对称故障引起的不对称分量，引入正、负、零序控制器，结合不对称分量法，设计系统在交流侧发生故障或扰动时的控制策略。

具体的，所述方法为将全桥型模块化多电平换流器高压直流输电系统交流侧故障导致三相不平衡的电流、电压分解成三组对称的正序相量、负序相量和零序相量，利用包括了正序电流控制器、负序电流控制器、零序电流控制器、环控制器的不对称条件下MMC-HVDC系统，进行高压直流输电系统交流侧故障时的抗干扰控制。