[发明专利]一种MMC-HVDC输电系统双极短路故障分析方法

说明书

本发明公开一种MMC‑HVDC输电系统双极短路故障分析方法，涉及直流输电技术领域，为解决已有方法不能准确计算出双极短路故障电流的问题。所述分析方法包括：在MMC闭锁前阶段，根据单相桥臂中子模块电容的放电进程，以及单相桥臂中子模块电容的投切频率，构建单相桥臂中子模块电容放电频域等值电路模型；并根据该频域等值电路模型，获得单相桥臂中子模块电容放电时域表达式；在MMC闭锁后阶段，构建MMC拓扑结构的频域等值电路模型；并根据该频域等值电路模型，获得所述直流侧电流时域表达式。本发明用于计算出双极短路故障电流。

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种MMC-HVDC输电系统双极短路故障分析方法。

背景技术

模块化多电平换流器高压直流(Modular Multilevel Converter Based HighVoltage Direct Current，简称为MMC-HVDC)输电系统因具有扩展性好、输出谐波小、开关频率低等优点，近年来备受学术界和工程界关注。其中，模块化多电平换流器MMC通常由多个结构相同的子模块(Sub-module，简称为SM)级联构成，子模块的结构可以分为半H桥型、全H桥型和双嵌位子模块型三种。MMC的桥臂不仅是执行开关动作的阀，同时还是连接在换流器某相交流输出端和直流母线之间的可控电压源，而子模块是实现上述两个功能的关键元件。

然而，由于MMC结构的特殊性，子模块切换过程中，流经子模块的电流峰值远高于有效值，并且电流变化率较高。另外由于MMC-HVDC输电系统的直流线路阻尼较小，当MMC-HVDC输电系统的直流线路上发生双极短路故障时，电流急剧上升，电压大幅跌落，严重威胁MMC-HVDC输电系统的安全。

目前，对MMC-HVDC输电系统双极短路故障虽然已有较为深入的分析和研究，但对故障后MMC控制系统的影响及子模块投切变化方面的考虑不够全面，导致当MMC-HVDC输电系统出现双极短路故障问题后，不能准确计算出双极短路故障电流，影响MMC-HVDC输电系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MMC-HVDC输电系统双极短路故障分析方法，用于提高计算双极短路故障电流的精度，为MMC-HVDC输电系统的安全稳定运行提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种MMC-HVDC输电系统双极短路故障分析方法，包括：

步骤10，在模块化多电平换流器MMC闭锁前阶段，根据单相桥臂中子模块电容的放电进程，以及单相桥臂中子模块电容的投切频率，构建单相桥臂中子模块电容放电频域等值电路模型；

步骤20，根据所述单相桥臂中子模块电容放电频域等值电路模型，获得单相桥臂中子模块电容放电时域表达式；

步骤30，在MMC闭锁后阶段，构建MMC拓扑结构的频域等值电路模型；

步骤40，根据所述MMC拓扑结构的频域等值电路模型，获得直流侧电流时域表达式。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

在本发明中，根据直流双极短路故障的不同发展阶段，将直流双极短路故障机理分析可以分为两个阶段：MMC闭锁前阶段和MMC闭锁后阶段，并构建了两个阶段分别对应的等值电路模型，分别用于计算双极短路故障发生后，计算MMC闭锁前后的故障电流。而且在构建等值电路模型过程中，充分考虑了MMC-HVDC输电系统双极短路故障时子模块结构特性及其投切控制机制的影响，提出了子模块高频投切情况下的等值电容计算方法，以及等值电容的初始状态确定方法，使得对子模块电容的等值更加精确，从而获得更为准确的MMC闭锁前后的故障电流，为MMC-HVDC输电系统安全稳定分析提供了有效的理论依据。

附图说明