[发明专利]一种混合型MMC解锁后子模块电容电压快恢复方法

说明书

本发明公开了一种混合型MMC换流器解锁后子模块电容电压快恢复方法，涉及模块化多电平换流器技术领域。当换流器通过闭锁保护成功阻断故障电流后，各个桥臂全桥和半桥阀段根据自身阀段电压与额定电压的差异来确定待加入前馈补偿环节的符号。然后，各个子模块的均压控制器在原有均压环的基础上加入基于桥臂电流的前馈补偿环节，增强比例控制器的能量调节作用。待子模块电容电压快速恢复到额定值以后，将前馈补偿环节切除以保证换流器的正常运行。本发明有效加速混合型MMC解锁后子模块电容电压恢复速度，从而满足了直流配电网中直流故障清除后，为保证供电可靠性，对换流器重启的快速性要求。

技术领域

本发明涉及模块化多电平换流器技术领域，尤其涉及一种混合型MMC解锁后子模块电容电压快恢复方法。

背景技术

随着分布式新能源规模的的不断扩大以及电动汽车数量的日益增加，配电网中的直流源、荷数目大幅上升，相较交流配电网，直流配电网能有效减少变流环节，提高光伏、风能等分布式新能源接入能力和能源利用效率。但工程实践表明，直流配电网特有的“低阻尼”、“低惯性”的特点，导致直流系统故障发展速度极快；此外，大规模的新能源并网采用架空线路显得更为迫切，但架空线路更易发生短路故障。故障发生后，换流阀通常因为IGBT过电流而闭锁，非故障区域因为换流器的闭锁而发生停电。为了保证配电系统的可靠性，需要换流器具有故障穿越能力。

传统直流输电中换流器采用电网换相换流器(LCC)，但其存在串联晶闸管难均压以及换相容易失败等问题；现在很多的柔性直流工程采用模块化多电平变换器(MMC)的拓扑结构，它具有易扩展、输出谐波少、损耗低等优点，但是工程投运的MMC换流器均采用半桥子模块，故障发生后由于续流二极管的存在无法对故障电流进行阻断，严重影响设备及系统的安全运行。为能够有效清除故障，各种具有故障阻断能力的新型子模块拓扑被提出，如全桥子模块、箝位双子模块等。这些改进的子模块依靠增加了开关器件数目、运行损耗以及控制的复杂程度来获得故障阻断能力，不适合应用于实际工程中。而采用半桥和全桥混合级联的方式，不仅具有直流故障阻断能力、控制简单成熟而且具有一定的经济性，被认为是一种具有应用前景的拓扑结构。

换流站的故障恢复能力是构建直流电网并保证其可靠性的关键问题。当暂时性故障被清除或多端系统中故障线路被隔离后，需立即重启动来恢复供电，保证故障恢复的快速性。对于换流站而言，故障恢复时的主要问题是实现各桥臂电容电压的再平衡，通过加速子模块电容电压的恢复能够实现整个换流站的快速恢复以及对重要负荷的快速供电。而现有文献大都致力于研究各种具有故障阻断能力的子模块拓扑结构，鲜有探究换流器解锁后加速子模块电容电压恢复的方法。

发明内容

发明目的：混合型MMC闭锁阻断故障后，应能快速重启恢复对负荷的供电，从而保证直流电网的供电可靠性。本发明提供一种混合型MMC故障解锁后子模块电容电压快恢复方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种混合型MMC解锁后子模块电容电压快恢复方法，所述混合型MMC每个桥臂由若干个半桥子模块和全桥子模块混合级联而成。当MMC通过闭锁保护清除故障后，各子模块的均压控制器在原有均压环的基础上加入基于各自桥臂电流的前馈补偿环节，以增强原有均压环对于子模块电容的能量调节作用，待子模块电容电压恢复到额定值以后，将前馈补偿环节切除以保证MMC的正常运行；

加入前馈补偿环节后整个控制环路的输出电压表达式为：

u_{px_i}＝u_{px_ref}+K_p(v_{dcp_av}-v_{dcp_i})·sgn(i_p)+K_ffi_p (1)