[发明专利]模块化多电平换流器的稳态故障电流的计算方法

说明书

本发明提供了一种模块化多电平换流器(MMC)的稳态故障电流的计算方法。该方法包括：根据MMC的桥臂电感系数k和交流侧电抗Xsubgt;ac/subgt;计算出MMC的直流侧临界电阻值Rsubgt;A/B/subgt;、Rsubgt;B/C/subgt;和Rsubgt;C/D/subgt;；根据Rsubgt;A/B/subgt;、Rsubgt;B/C/subgt;和Rsubgt;C/D/subgt;判断MMC的工作模式；根据参数k,Usubgt;s/subgt;,Rsubgt;dc/subgt;和直流侧临界电阻值Rsubgt;A/B/subgt;、Rsubgt;B/C/subgt;和Rsubgt;C/D/subgt;分别计算出不考虑交流侧电阻时的各种工作模式下稳态直流故障电流和导通重叠角，根据各种工作模式下的直流电流和导通重叠角，分别计算出不考虑交流侧电阻时各种工作模式下的稳态交流故障电流幅值和相角。进而计算出考虑交流侧电阻时各种工作模式下的稳态交流故障电流幅值和相角。本发明的方法能够同时获得MMC故障稳态阶段交流侧和直流侧的故障电流；计算精度高，不需要额外的迭代算法；能够适应交流侧电网阻尼较大的场景。

技术领域

本发明涉及直流电网技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)的稳态故障电流的计算方法。

背景技术

随着分布式能源的不断发展和用户对供电质量和供电可靠性要求的不断提高，基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的柔性直流输、配电网技术受到了人们的广泛关注。在已有的VSC拓扑中，模块化多电平换流器MMC因其模块化设计、低损耗和高波形质量的特点成为了最具前景的换流器，目前已有多个基于模块化多电平换流器的直流电网投入运行。

柔性直流电网最大的挑战之一是直流侧故障的保护，由于直流系统阻尼小，在直流侧短路故障情况下，直流故障电流通常在很短时间内攀升至额定值的十几倍。为设计有效的保护方案和设备合理选型，必须对直流短路故障电流进行准确预估。然而，现有技术的故障电流计算方法大多基于数值求解，尽管能够给出单一故障场景下的具体波形，但也存在计算精度与效率相互矛盾、受模型制约、无法揭示参数对故障电流的影响机理等问题。随着工程建设的不断推进，摆脱仿真依赖，建立故障解析分析方法成为了从根本上解决柔性直流电网故障、保护难题，保障其长远发展的必然选择。

为进行故障电流解析计算，现有技术通常将MMC故障过程分为闭锁前和闭锁后两个阶段。换流器闭锁前故障电流主要为MMC中的子模块放电电流，因此换流器可以近似等效为线性RLC(电阻，电感和电容串联)放电电路，针对这一阶段的直流故障电流解析计算已较为成熟，而交流侧由于故障电流较小，通常可以忽略不计。闭锁后阶段也被称为交流馈入阶段，这一阶段中，交流电源成为故障电流的主要来源，在交直流侧都会有较大的故障电流产生。针对这一阶段的交、直流故障电流解析计算报道较少，暂未形成较为准确的故障电流解析计算方法。为建立交流馈入阶段的故障电流解析计算方法，首先需对交流馈入阶段的稳态交、直流故障电流进行预估。

目前，现有技术中的一种柔性直流电网的稳态故障电流的计算方法为：基于IEC61660标准的稳态故障电流计算方法。该方法假设换流器在每个时刻有且仅有三个桥臂同时导通，基于此假设给出了六脉波二极管整流桥稳态直流故障电流计算公式。该方法的缺点为:没有考虑换流器的桥臂电感及多种工作模式，因此并不适用于MMC。

现有技术中的另一种柔性直流电网的稳态故障电流的计算方法为：基于整流器外特性曲线的稳态故障电流计算方法。该方法将二极管整流桥的外特性曲线进行分段线性化，并将各阶段内的换流器等效为一个带内阻的电压源，进而得到了分段表达的故障稳态故障电流计算公式。该方法的缺点为：由于换流器外特性法未考虑交流系统阻尼的影响，将其用于交流电网阻尼较大的场景中，会出现明显的计算误差,且无法得到稳态交流侧故障电流。此外，该法还需要额外的迭代算法来确定换流器所处的具体工作模式，计算过程复杂。

发明内容

本发明的实施例提供了一种模块化多电平换流器的稳态故障电流的计算方法，以克服现有技术的缺点。