[发明专利]一种降低两端柔性直流输电系统换流站短路电流的控制方法

说明书

本发明公开了一种降低两端柔性直流输电系统换流站短路电流的控制方法，综合考虑柔直换流站提供短路电流的大小与其控制方式、运行工况和内外环控制器限幅器的影响，该控制方法在保证柔性直流换流站不闭锁的同时利用柔直换流器的快速响应特性，通过调整受端换流站的外环控制器无功轴电流参考值，控制换流站在交流系统短路时输出的交流电流，降低受端换流站近区短路故障时向故障点提供的短路电流，进而降低交流系统的短路电流水平，对柔性直流输电技术在我国工程中的应用有着重要的借鉴意义。

技术领域

本发明属于电力系统柔性输配电技术领域，具体涉及一种降低两端柔性直流输电系统换流站短路电流的控制方法。

背景技术

柔性直流输电是基于电压源型换流器技术的第三代直流输电技术，一般采用的换流元件是既可以控制导通又可以控制关断的双向可控电力电子器件，其典型代表是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。已有的柔性直流输电工程采用的电压源型换流器拓扑结构主要有3种，即两电平换流器、二极管钳位型三电平换流器和模块化多电平换流器(MMC)；采用子模块(SM)级联的模块化多电平换流器的每个桥臂由多个子模块和一个串联的电抗器构成，同相的上下两个桥臂构成一个相单元，克服了两电平和三电平换流器存在的动态均压和一致触发等问题。

基于MMC的两端柔性直流输电系统，其基本结构主要包括两端交流系统、换流站(包括换流变压器和换流器等)和直流输电线路等；换流站输出的有功功率主要和功角δ有关，通过控制δ即控制换流器输出电压与交流系统电压的相角差，就能控制MMC从交流系统获得有功功率的大小和方向。当δ＞0时，交流系统向MMC注入有功功率；当δ＜0时，MMC将从另一端获得的有功功率注入交流系统；无功功率的大小和传输方向主要受到U_s-U_ccosδ的影响，当U_s-U_ccosδ＞0时，换流器从交流系统吸收无功功率；当U_s-U_ccosδ＜0时，换流器将无功功率送人交流系统，相当于对交流系统进行无功补偿。当两端两端柔性直流输电系统将有功功率从交流系统1通过直流输电线路输送到交流系统2时，交流系统1可以称为送端交流系统，相应的换流站称为送端换流站；交流系统2可以称为受端交流系统，相应的换流站称为受端换流站。换流站内的换流器经过换流变压器和交流母线与交流系统相连，其中的交流母线称为换流站交流侧的公共耦合节点(PCC)。

与传统直流输电技术相比，柔性直流输电有着可同时独立调节有功功率和无功功率、没有换相失败和没有无功补偿问题等优越性。考虑到现有投运的柔性直流输电工程传输功率小，其交流侧输出电流相对于系统的短路电流微不足道，因而目前大多数学者认为柔性直流输电不提供短路电流。然而，随着柔性技术的发展，柔性直流输电工程的输电能力和电压等级逐渐提高；对于短路容量较大的交流系统，柔直换流站提供的短路电流可能接近或超过断路器开断极限，从而导致短路故障难以清除。所以，柔性直流输电对交流系统短路电流的影响已经不容忽略，而如何降低柔性直流换流站短路电流便成为一个值得研究的重要课题。

当柔直换流站近区交流系统短路故障特别是PCC处故障时，对于降低换流站提供短路电流的措施一般有两种：一种是闭锁换流站，此时闭锁的换流站对于交流侧而言相当于开路不会提供短路电流，但是换流站闭锁后重启动的过程比较繁琐耗时；另一种是通过适当的控制措施在柔直换流站不闭锁的情况下限制短路电流，利用柔直换流站的控制响应速度快的特性实现的柔直换流站故障穿越。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种降低两端柔性直流输电系统换流站短路电流的控制方法，该控制方法在柔性直流受端换流站控制系统中增加了限制短路电流的附加控制器，实时监测受端换流站的交流侧公共耦合节点电压和受端换流站注入交流系统的无功功率，附加控制器根据监测信息调整外环控制器的无功类电流输出参考值，从而减小换流站的输出交流电流，降低系统短路电流水平，保证了柔直系统在交流短路故障下可以安全运行。