[发明专利]一种基于MMC不对称网络的直流侧故障的检测和阻断方法

权利要求书

1.一种基于MMC不对称网络的直流侧故障的检测和阻断方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：针对模块化多电平储能系统，建立具有模块化多电平直流变换器储能系统直流侧不对称全桥子模块网络拓扑模型；所述拓扑模型包括5个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)T₁-T₅、二极管D₁-D₅、2个单向二极管D₆和D₇、2个直流电容器C₁和C₂，其中5个绝缘栅双极型晶体管T₁～T₅分别并联5个反向二极管D₁～D₅，T₁与T₂之间通路为直流信号输入端，T₁与T₂串联后两端并联稳压电容C₁，T₁的发射极与T₂的集电极连接，二极管D₁的阴极与T₁的集电极连接、二极管D₁的阳极与T₁的发射极连接，二极管D₂的阴极与T₂的集电极连接、二极管D₂的阳极与T₂的发射极连接，电容C₁的正极与T₁的集电极连接、电容C₁的负极与T₂的发射极连接，T₂的发射极与T₄的发射极相连接，二极管D₆的阴极分别与T₁的集电极和电容C₁的正极相连接，其另一端与D₇串联，即二极管D₆的阳极与二极管D₇的阴极连接，二极管D₇的阳极分别与T₅的发射极和T₃的集电极相连接，T₄与T₅串联在一条支路上，T₄的集电极与T₅的集电极连接，电容C₂与T₃串联，电容C₂的负极与T₃的发射极连接，电容C₂的正极分别与电容C₁的负极和T₄的发射极相连接，二极管D₃的阴极与T₃的集电极连接、二极管D₃的阳极与T₃的发射极连接，二极管D₄的阴极与T₄的集电极连接、二极管D₄的阳极与T₄的发射极连接，二极管D₅的阴极与T₅的集电极连接、二极管D₅的阳极与T₅的发射极连接，二极管D₇的阳极与T₃的集电极之间通路为直流信号输出端；

步骤2：在模块化多电平储能系统中，储能系统包括正常工作和故障两种模式，通过检测模块化多电平储能系统中不对称全桥子模块输出的电压判断直流侧是否发生故障，若是，则执行步骤3，若否，则重复本步骤；

步骤3：在模块化多电平储能系统中，当直流侧发生故障时，故障过程分为换流阀闭锁前和换流阀闭锁两个阶段；

换流阀闭锁前：故障发生时刻为t₀，闭锁时刻为t₁，建立t₀～t₁时MMC对应等效电路,在换流阀闭锁前几毫秒过程中,等效电路中6个桥臂的输出电压对称，认为6桥臂所有电容都均匀放电，此时，交流馈入电流平衡，并不会流向直流故障点；因此，闭锁前几毫秒过程中直流故障电流主要来自桥臂电容放电电流；闭锁前几毫秒内直流故障电流呈直线上升；

换流阀闭锁阶段：建立闭锁时t₁时段MMC等效电路，所有开关器件处于关断状态，不对称全桥子模块网络拓扑模型内部由续流二极管构成的电流通路；故障时电流正负对应有2种工况：当桥臂电流i＜0时，桥臂电流从输入端经过续流二极管D₁和D₃给电容C₁和C₂充电，C₁和C₂电容电压持续升高，直到桥臂电流非振荡降低到零，当桥臂电流为零时，二极管D₁和D₃处于反向截止状态，阻断了桥臂电容放电路径，使得直流故障点电弧快速熄灭，不会重燃；当桥臂电流i＞0时，桥臂电流从输入端经过续流二极管D₂、D₆和D₇只给电容C₁充电；电容C₁电压持续升高，直到桥臂电流非振荡降低到零；当桥臂电流为零时，二极管D₂、D₆和D₇处于反向截止状态，阻断了桥臂电容放电路径，使得直流故障点电弧快速熄灭，不会重燃，阻断直流故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于MMC不对称网络的直流侧故障的检测和阻断方法，其特征在于：所述步骤2中模块化多电平储能系统中不对称全桥子模块输出的电压与开关状态之间有如下关系：正常工作时，不对称全桥子模块输出电压0、U_c1或U_c2、U_c1+U_c2，3种情形中的一种；故障时，不对称全桥子模块输出电压为U_c1+U_c2或者-U_c1；U_c1与U_c2分别为电容C₁和电容C₂的电压值。