[发明专利]一种基于直流母线双极等电位的MMC-HVDC直流短路故障穿越方法

摘要

本发明涉及一种基于直流母线双极等电位的MMC‑HVDC直流短路故障穿越方法，属于柔性直流输电系统直流故障保护方法。该方法通过控制MMC直流侧母线双极电位近似相等，使直流侧短路故障电流接近为零，在MMC可控的情况下实现直流双极短路故障穿越。基本原理为检测到直流短路电流后迅速切换到故障运行模式，根据电网电压的极性选择MMC三相上、下桥臂的闭锁和导通，将MMC电路拓扑等效为链式星型拓扑，控制三相导通的上、下桥臂电压抵住电网电压，实现直流母线双极电位近似相等，达到直流侧短路故障电流接近为零。本方法无需交流断路器，并在故障穿越期间维持MMC子模块电容电压平衡，故障消除后，可迅速恢复功率传输。

主权项

1.一种基于直流母线双极等电位的MMC‑HVDC直流短路故障穿越方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，检测是否发生直流双极短路故障，故障发生后换流器的控制方式由正常运行模式切换到故障穿越模式；步骤2，运行故障穿越模式；步骤3，判断直流侧线路双极短路故障是否已经清除，故障清除以后切换回正常运行模式，恢复功率传输；所述步骤2包括如下具体步骤：步骤2.1，采集电网电压u_sa，u_sb，u_sc和网侧电流i_a，i_b，i_c并对电网电压和网侧电流进行Clark和Park变换，得到d轴分量和q轴分量的电网电压u_sd，u_sq和网侧电流i_d，i_q；步骤2.2，采集MMC中三相上桥臂中各个子模块的电容电压u_ALPi，u_BLPi，u_CLPi和下桥臂中各个子模块的电容电压u_ALNi，u_BLNi，u_CLNi，并对三相上、下桥臂中子模块电容电压进行分别相加得到三相上桥臂中电容电压之和u_ALP，u_BLP，u_CLP和三相下桥臂电容电压之和u_ALN，u_BLN，u_CLN，其中i＝1,2…n；步骤2.3，根据由步骤2.1得到的u_sa，u_sb，u_sc判断三相电网电压的极性，根据三相电网电压的极性去判断并选择对应的MMC模块三相上、下桥臂的闭锁和导通，具体为：A相控制方法为：当u_sa>0时，控制A相的上桥臂的IGBT全部闭锁；A相的下桥臂处于导通状态；当u_sa<0时，控制A相的下桥臂的IGBT全部闭锁；A相的上桥臂处于导通状态；B相控制方法为：当u_sb>0时，控制B相的上桥臂的IGBT全部闭锁；B相的下桥臂处于导通状态；当u_sb<0时，控制B相的下桥臂的IGBT全部闭锁；B相的上桥臂处于导通状态；C相控制方法为：当u_sc>0时，控制C相的上桥臂的IGBT全部闭锁；C相的下桥臂处于导通状态；当u_sc<0时，控制C相的下桥臂的IGBT全部闭锁；C相的上桥臂处于导通状态；步骤2.4，根据步骤2.2和步骤2.3得到故障穿越模式下MMC处于导通状态的上、下桥臂，将处于导通状态的三相上、下桥臂中所有子模块电容电压相加得u_ABCL；步骤2.5，将由步骤2.4得到的u_ABCL乘以1/3N得到处于导通状态的上、下桥臂中所有子模块电容电压的平均值用子模块电容电压的给定值减去经过PI调节器得到同步旋转坐标系下网侧电流d轴分量的给定值并且给定网侧电流q轴分量的参考值为零；其中，N为每个桥臂子模块个数；步骤2.6，将由步骤2.5得到的网侧电流参考值减去由步骤2.1得到的网侧电流i_d，经过PI调节器得到PI调节器输出参考电压的d轴分量步骤2.7，将由步骤2.5得到网侧电流的q轴分量的给定值减去由步骤2.1得到网侧电流的q轴分量i_q，经过PI调节器得到PI调节器输出参考电压的q轴分量步骤2.8，将电网电压u_sd加上ω(L+L₀)i_q，再减去由步骤2.6得到的得到调制电压的d轴分量电网电压u_sq减去ω(L+L₀)i_d，再减去由步骤2.7得到的得到调制电压q轴分量和经过Park反变换和Clark反变换得到最终的调制电压步骤2.9，将步骤2.8得到的调制电压送入调制单元，得到驱动MMC三相处于导通状态的上、下桥臂中功率器件的控制信号s_a、s_b、s_c。