[发明专利]混合三端高压直流输电系统及其直流故障快速限流方法

说明书

本发明公开了LCC‑MMC混合三端高压直流输电系统及其直流故障快速限流方法，该系统包括送端换流站LCC和受端换流站两个混合型MMC，重新设计现有混合直流输电系统的控制架构，该方法提供了适用于LCC和MMC的故障电流限制控制策略，在系统直流故障瞬态过程中，通过附加控制策略抑制送端LCC和受端MMC的故障电流幅值，在系统发生直流故障时快速抑制直流故障电流，保护换流器设备。本发明通过交直流解耦实现交直流控制的单独控制，使得各桥臂输出各桥臂输出电压参考值，实现同时对交流电流和直流电流的控制；在发生直流故障时，通过送端LCC快速切换为逆变状态、受端混合型MMC负投入全桥型子模块使得MMC工作在零直流电压附近，实现直流故障电流的清除。

技术领域

本发明涉及电力系统输配电的技术领域，尤其涉及LCC-MMC混合三端高压直流输电系统及其直流故障快速限流方法。

背景技术

21世纪以来，随着环境问题的日益突出，为了减少碳排放、降低燃煤发电比例，需大规模开发并利用可再生能源。我国新能源基地具有分散、分布偏远、强波动性等特点，且与负荷中心呈逆向分布，导致大容量远距离输送电能的需求日益增加。采用高压交流输电系统并网存在造价高昂、稳定性问题严重等固有缺陷。常规高压直流输电技术，传输容量大、技术成熟，在解决我国西北地区新能源外送、西南地区水电外送等问题中得到了大量的工程实践。为应对我国能源资源和负荷需求的逆向分布问题，采用LCC作为功率集中输送端、多个MMC(Modular Multilevel Converter)作为多落点受端的多端混合直流输电系统，综合了常规直流技术成熟、成本低廉、运行损耗低和柔性直流调节性能好、滤波容量需求小等优点，是大容量新能源功率外送的重要选择。

LCC-MMC混合高压直流输电系统具有如下特点：电压、容量等级高，传输距离远，采用架空线技术作为传输形式。直流架空线路故障率较高，采用开断交流断路器从而切断直流故障电流的方法将大大增大系统中断供电的时间以及恢复供电的时间，危及电力系统的安全稳定运行，并因中断供电可能造成重大经济损失与社会问题。

为应对LCC-MMC混合高压直流输电系统可能出现的直流故障，目前有两种方案。第一，从配置辅助设备的角度阻断直流故障电流。第二，从改进换流器的角度，采用新型的换流器设备，穿越直流故障。

其中，针对配置辅助设备，唐庚、徐政等人采用半桥型MMC配合二极管组的方案，在受端采用二极管组阻断反向的故障电流，而在送端采用LCC强制移相的方式，从而清除直流故障。(唐庚,徐政,薛英林.LCC-MMC混合高压直流输电系统[J].电工技术学报,2013,28(10):301-310)

而在改进换流器的角度，孔明等人提出了一种混合型MMC的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)，直流故障期间，将桥臂输出电压参考值的直流分量置零，桥臂输出电压全部由全桥子模块产生，半桥子模块投入的个数置零。

现有技术的问题为：针对上述唐庚等人的方案，虽然能够在系统发生直流故障时阻断故障电流，但在系统稳态运行时，二极管组会产生较大的功率损耗，不利于系统经济运行，且对于LCC换流器，强制移相所需时间较长，在移相过程中，LCC将产生较高的过电流，损害晶闸管元件。针对上述孔明等人方案，虽然通过混合型MMC可以实现直流故障穿越，但在直流故障瞬态，由于混合型MMC控制下的直流电压下降较慢，换流器仍会产生较大的瞬时故障电流，不利于换流器设备安全运行。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供LCC-MMC混合三端高压直流输电系统及其直流故障快速限流方法，旨在解决背景技术中现有技术的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种LCC-MMC混合三端高压直流输电系统，包括送端换流站和受端换流站；

送端换流站采用LCC换流站；