[发明专利]一种柔性直流换流器直流故障电流抑制方法及其应用

说明书

本发明公开了一种柔性直流换流器直流故障电流的抑制方法，首先，将直流电流基本控制器的输出量与直流电流优化控制器的输出量叠加得到换流器相单元直流电压控制量初值；然后，将换流器相单元直流电压控制量初值除以换流器功率模块电容电压额定值，并经过限幅环节处理后，再乘以功率模块电容电压额定值，最终得到换流器相单元直流电压控制量终值。在发生金属性直流短路故障以及高阻直流短路故障后，通过本发明可以不需要依赖任何复杂的故障检测手段，自动快速地降低换流器直流母线电压，并使得换流器直流母线电压自动匹配直流故障点电压大小，从而降低直流故障电流峰值，使得换流器安全穿越直流故障，并在高阻故障下使换流器持续传输部分直流功率。

技术领域

本发明属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种柔性直流换流器直流故障电流抑制方法及其在柔性直流输电系统中的应用。

背景技术

柔性直流输电技术在我国可再生能源的汇集、输送中占有重要的地位。然而，柔性直流输电系统发生直流线路短路故障的概率很高。直流线路短路故障的应对是制约柔性直流输电技术发展的主要技术瓶颈之一。

当前，工程上应对直流线路故障的方法是采用高速大开断容量的直流断路器被动清除直流故障。这种方案对直流断路器的相关技术指标提出了极其严苛的要求，给直流断路器的制造难度和制造成本带来了巨大的挑战，限制了柔性直流输电系统的发展和建设。

应对直流故障的另一种方法是利用具备清除直流故障能力的换流器限制直流短路电流的发展。一种技术路径是，在发生直流故障后，通过闭锁换流器以阻断直流故障电流；另一种技术路径是，可以利用换流器的限流控制能力限制故障电流的峰值。

专利申请CN106505641A公开了一种模块化多电平换流器的交直流解控制方法及其应用，在发生直流故障时，将直流电流控制器的输出快速减小、或者将直流电流控制器中的积分器清零，进而实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁，该控制方法能够很好应对直流线路的金属性短路故障。专利CN106505642B与专利申请CN106505641A在应对直流故障时有十分类似的处理方式。上述两个专利申请共同存在的问题是：在直流侧发生高阻故障时，故障点阻抗不为零，此时故障点的直流电压不为零，故障电流的幅值相对金属性短路故障而言是较小的，故障期间换流器具备持续输送有功功率的潜力。若采用专利申请CN106505641A中，检测到直流故障后，直接将直流电流控制器中积分器清零，使得换流器输出的直流电压为零的技术方案，强迫将换流器的直流输出电压降为零，将会导致换流器在故障期间全部失去传输有功功率的能力，降低了换流器的利用率。

李少华等人发表的学术论文“混合式MMC及其直流故障穿越策略优化”(李少华,王秀丽,李泰,彭忠.混合式MMC及其直流故障穿越策略优化[J].中国电机工程学报,2016,36(07):1849-1858)中提出了一种混合式MMC直流故障穿越控制策略，检测到直流故障时，混合式MMC切换为直流电流控制模式，并且将直流电流控制参考值设置为零。存在的问题是：一方面，由于直流电流控制器PI控制器固有的响应延时，使得故障穿越期间直流过电流峰值较大，会威胁到混合式MMC的安全稳定运行；另一方面，在故障期间将直流电流置零后，将会导致混合式MMC全部失去直流功率的传输能力。在应对高阻故障尤其是瞬时性高阻故障时，混合式MMC的直流电压甚至还处于较高的水平，MMC还具备部分直流功率传输能力，不加选择的强行将直流电压置零的手段降低了混合式型MMC的利用率。

孔明等人发表的学术论文“子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略”(孔明,汤广福,贺之渊.子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略[J].中国电机工程学报,2014,34(30):5343-5351)提出了一种混合型MMC直流故障穿越方案。在发生直流故障时，将桥臂电压的直流分量置零。该技术方案在抑制直流故障电流、穿越直流故障时存在着与学术论文“混合式MMC及其直流故障穿越策略优化”相似的技术缺陷。