[发明专利]一种适用于MMC型直流变压器直流故障的主动限流方法

说明书

本发明公开了一种适用于MMC型直流变压器直流故障的主动限流方法，利用虚拟阻抗模块输出的感应电压降ΔU_dc2产生桥臂电压所含直流分量的附加偏置Δu，以及交流分量的增益K_u。当系统稳态运行时，输出电流恒定，ΔU_dc2=0，Δu=0，K_u=1；当直流故障发生时，输出电流迅速增大，此时ΔU_dc2>0，当ΔU_dc2超过死区的上界时，Δu从0迅速增大，随后被限制在Δu_max=U_dc2/2处保持稳定，消除了桥臂电压中的直流偏置，同时Δu的变化使得K_u从1跳变至2/n，使桥臂电压中交流分量幅值下降，使得桥臂电压的参考值发生调整，经调制模块作用使故障侧MMC每相投入的子模块数从n_sum=n减少到n^’_sum∈{0,1}，从而使得同一时刻参与放电的子模块数量减少，电容放电速度降低，达到了限流目的。

技术领域

本发明涉及一种适用于MMC型直流变压器直流故障的主动限流方法，属于模块化多电平与大功率直流变换技术领域。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)技术近年来在高压直流输电领域获得了成功的商业化推广，而基于MMC的高压大功率直流变压器在未来的柔性高压直流电网中具有良好的应用前景。

由于柔性高压直流电网是一个“低惯量”系统，其响应时间常数小，因此MMC型直流变压器的直流故障保护研究是研究人员面临的技术问题之一，由于MMC直流侧双极短路故障是MMC系统中最为严重的故障类型，引起的子模块过电流水平最高，因此对MMC型直流变压器直流侧双极短路故障限流研究具有重要意义。文献“模块化多电平换流器型高压直流变压器的直流故障特性研究”分析了MMC型直流变压器的直流侧短路故障机理和系统的故障输出特性，得出MMC型直流变压器对双极短路故障具有故障隔离能力的结论。

要使MMC型直流变压器隔离双极短路故障，故障侧MMC换流器需要进行闭锁，而发出闭锁动作之前需要对直流故障进行识别，闭锁动作一般滞后于故障发生，因此闭锁动作发生之前上升的故障电流使得开关器件电流应力增大，可能无法满足柔性直流电网关于快速限流的要求。目前已有学者开始研究在故障发生时提前于故障识别、依靠MMC自身控制自动限流的主动限流法，如文献“Active Control of DC Fault Currents in DC Solid-State Transformers During Ride-Through Operation of Multi-Terminal HVDCSystems”通过设置比例——积分——微分控制器动态实现对桥臂电压的调整进行直流故障穿越，控制环节繁琐；文献“基于虚拟阻抗的MMC交、直流侧故障过电流抑制方法”提出了基于虚拟阻抗的限流策略，等效增大放电回路中的电抗，抑制了直流故障引起的过电流，但此方法的限流效果有限。

因此，有必要设计步骤简单、易于参数调节、性能优良的主动限流方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于MMC型直流变压器直流故障的主动限流方法，在故障发生时提前于故障识别、依靠MMC自身控制实现对故障电流的自动限制。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：