CN110797903B - 一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法 - Google Patents

Abstract

一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法。涉及电力系统，尤其涉及一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法。提供了一种通过换流器与储能之间的协调配合，以他励方式来实现故障快速恢复，针对双极短路故障下配电网的快速恢复，以及在故障清除期间不间断供电的储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法。本发明一方面为重要负荷提供功率以保障其在故障清除期间的不间断供电；另一方面，对闭锁期间的子模块电容电压进行调节以使其在解锁前达到正常运行时的额定值，减小换流器重新解锁时的电压波动，为换流器重启动缩短时间，这样的系统协调控制策略更加能保证提高整个配电网系统的可靠性。

Description

一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法

技术领域

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法。

背景技术

随着电力电子的工业化应用程度逐步加深和光伏、风能等各种分布式能源的规模化应用，直流配电网相较于传统的交流配电网，具有供电可靠性高、线损低、谐波含量低、所需输电走廊窄、线路成本低、方便新能源电力以及储能接入等优点，在实现分布式能源并网、城市配电网、海上平台供电等领域具有广阔的应用前景，引起了国内外专家学者的广泛关注和研究。

直流配电网作为直流电网在中低压领域的应用场合之一，其在双极短路故障下的故障处理能力是衡量柔性直流配电网系统性能的重要指标。作为处理直流故障的途径之一，具有故障自清除能力的换流器(MMC)具有响应速度快、工程造价相对低等优势，十分适用于电压等级较低、容量较小的无直流断路器配置的直流配电网系统。

现有技术关于直流配电网故障恢复技术最原始的方法是通过切断交流侧断路器实现直流电网的故障隔离，但是这样会造成直流电网全部停电，故障点查找难度大，故障恢复时间长等弊端。

目前直流配电网配置的储能一般都接于中压直流母线上，以平抑由于光伏、风能等分布式电源的接入带来的电能质量问题。关于配电网故障恢复主要是依靠配电网本身的自励重启方式，当发生直流故障时，闭锁具有故障自清除能力的换流器以隔离和清除故障，而后重新解锁换流器。但是，MMC闭锁期间各桥臂子模块电容电压一般不为正常运行时的额定值，直接解锁将会产生冲击电流，桥臂存在二次过流的风险，并且会引起解锁后的直流母线电压波动，严重影响配电网电能质量，不利于电压暂降和短时功率中断的恢复，尤其是对诸如数据中心等敏感性负荷而言，其对电能质量和供电可靠性要求很高。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种通过换流器与储能之间的协调配合，以他励方式来实现故障快速恢复，针对双极短路故障下配电网的快速恢复，以及在故障清除期间不间断供电的储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法。

本发明的技术方案：包括以下步骤：

1)在柔性直流配电网的两端分别配置储能内置式换流器；

2)检测直流侧是否发生双极短路故障；

3)若有故障发生，闭锁储能内置式换流器；

4)利用所述储能内置式换流器进行故障恢复。

在优选的实施例中，储能内置式换流器包括全桥型模块化多电平换流器、双有源全桥变换器和储能装置；所述全桥型模块化多电平换流器包括上桥臂和下桥臂，每相的上桥臂由N个全桥子模块及相应的桥臂电阻R_a、桥臂电感L_a串联构成；

每相的下桥臂是由N个全桥子模块及其相应的桥臂电阻R_a、桥臂电感L_a串联构成；

其中，每相上桥臂中的第一个全桥子模块的输出端与中压直流母线u_ua的正极连接，每相下桥臂中的最后一个全桥子模块的输出端与中压直流母线u_la的负极连接；

每相桥臂上，每个全桥子模块的输出电容上接一个双有源全桥变换器，2N个双有源全桥变换器经并联输出后作为低压侧直流线路的出口并与储能装置相连。

步骤2)中比较故障前和故障后的参数；

计算直流配电网故障前和故障后的短路电流i_f(t)和子模块电容电压u_c(t)解析式：

储能内置式换流器闭锁前的电容电压u_c和故障回路放电电流i_f的数学表达式为：

式中，L_e＝2L_a/3+L₀，C_e＝6C_SM/N，R_e＝2R_a/3+R分别为ESBC闭锁前故障电流通路的等效电感、等效电容和等效电阻；U_d1＝u_c(t₀+)＝u_c(t₀-)为故障发生时直流电压初始值，I_d1＝i_f(t₀+)＝i_f(t₀-)为直流电流初始值；τ＝2L_e/R_e为等效电路的放电时间常数，

为等效放电电路的角频率，

为放电电流的初始相角；

储能内置式换流器闭锁后的电容电压u_c和故障回路放电电流i_f的数学表达式为：

其中，L_e＝2L_a/3+L₀，C_e1＝3C_SM/2N，R_e＝2R_a/3+R₀分别为ESBC闭锁后故障电流通路的等效电感、等效电容和等效电阻；U_f＝u_c(t₁+)＝u_c(t₁-)为闭锁时的电压初始值，I_f＝i_f(t₁+)＝i_f(t₁-)为闭锁时的电流初始值；

为等效充电电路的角频率，

为充电电路的初始相角。

在一个优选实施例中，储能内置式换流器闭锁后，储能装置可直接向负荷提供功率支撑，从而保障重要负荷在故障清除期间的不间断供电。在另一优选实施例中，储能内置式换流器闭锁后，储能装置通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容进行电压调节控制。在又一优选实施例中，储能内置式换流器闭锁后，储能装置直接向负荷提供功率支撑，同时通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容进行电压调节控制。在储能装置通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容进行电压调节控制时，第一阶段对全桥子模块电压低于额定电压U_Cref的子模块充电，第二阶段对全桥子模块电压高于额定电压U_Cref的子模块放电；

在第二阶段的子模块放电过程中，储能装置吸收电能。

本发明产生的有益效果是：针对双极短路故障下配电网的快速恢复，采用本发明基于储能内置式换流器的拓扑结构，在换流器闭锁期间，储能一方面为重要负荷提供功率以保障其在故障清除期间的不间断供电；另一方面，对闭锁期间的子模块电容电压进行调节以使其在解锁前达到正常运行时的额定值，减小换流器重新解锁时的电压波动，为换流器重启动缩短时间，这样的系统协调控制策略更加能保证提高整个配电网系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明储能内置式换流器ESBC拓扑结构图，

图2是本发明基于储能内置式的故障快速重启策略示意图，

图3是本发明基于储能内置式的两端型直流配电网故障处理和恢复时序示意图，

图4是ESBC闭锁前的故障电流通路及其等效电路，

图5是ESBC闭锁后的故障电流通路及其等效电路，

图6是直流配电网拓扑结构图，

图7是现有技术中直流配电网故障处理和恢复时序示意图，

图8(a～e)是本发明直流故障后快速恢复策略仿真波形数据，

图8中(a)是基于储能作用后MMC1直流母线电压，

图8中(b)是未基于储能作用时A相上桥臂子模块电压，

图8中(c)是基于储能作用时A相上桥臂子模块电压，

图8中(d)是未基于储能作用时低压侧直流电压，

图8中(e)是基于储能作用时低压侧直流电压，

图9(a～i)是现有技术中直流故障后协调控制策略仿真波形数据，

图9中(a)是MMC1直流母线电压，

图9中(b)是MMC2直流母线电压，

图9中(c)是MMC1直流母线电流，

图9中(d)是MMC2直流母线电流，

图9中(e)是MMC1输出有功功率，

图9中(f)是MMC2输出有功功率，

图9中(g)是MMC1网侧交流系统一电流，

图9中(h)是MMC2网侧交流系统二电流；

图9中(i)是MMC1下桥臂电流，

图中7是MMC1是换流站一，MMC2是换流站二，S1～S6是快速隔离开关，gs1是联络开关。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图与具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整、进一步详细描述。

如图1-5所示，本发明提出的柔性直流配电网故障恢复方法包括以下步骤：

1)在柔性直流配电网的两端分别配置储能内置式换流器(即ESBC)；

2)检测直流侧是否发生双极短路故障；

3)若有故障发生，闭锁储能内置式换流器；

4)利用所述储能内置式换流器进行故障恢复。

在一个优选的实施例中，步骤2)中检测直流侧是否发生双极短路故障包括比较故障前和故障后的参数，如检测到ESBC桥臂电流超过额定运行时的2倍时，ESBC闭锁。

在一个优选的实施例中，步骤4)中在储能内置式换流器闭锁后，储能装置可直接向负荷提供功率支撑，从而保障重要负荷在故障清除期间的不间断供电。在另一优选实施例中，储能内置式换流器闭锁后，储能装置通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容进行电压调节控制。在又一优选实施例中，储能内置式换流器闭锁后，储能装置直接向负荷提供功率支撑，同时通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容进行电压调节控制。

在储能装置通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容充电过程中，采用分阶段充电的策略，第一阶段对全桥子模块电压低于额定电压U_Cref的子模块充电，第二阶段对全桥子模块电压高于额定电压U_Cref的子模块放电；

在第二阶段的子模块放电过程中，储能装置吸收电能，补充在第一阶段充电过程中消耗的功率。

本发明采用储能内置式换流器作为直流配电网与交流电网之间的并网换流器，在换流器闭锁期间，储能装置可以直接向负荷提供功率支撑，从而保障重要负荷在故障期间的不间断供电。

图6为未基于储能的典型两端型直流配电网拓扑结构图，其中，直流配电网系统与交流大电网相连的两个换流站MMC1和MMC2的主体采用具有故障自清除能力的换流器，如全桥子模块型换流器、双箝位子模块型换流器等。在实际的工程应用中，两端型配电网合环运行时，若在无直流断路器直流配电网中出现故障，两端换流站均会由于过流而停运，可靠性反而降低。

而采用闭环设计、开环运行的方式，正常运行时，换流站一MMC1和换流站二MMC2均采用定直流电压控制模式，快速隔离开关(s1～s6)在系统正常运行时处于闭合状态；作为MMC1和MMC2两个换流站之间的联络开关gs1，在系统正常运行时为打开状态；在相邻快速隔离开关(S1～S6)之间均连接有负荷或分布式电源。

图1为本发明储能内置式换流器(即ESBC)拓扑结构图，ESBC的主体为全桥型模块化多电平换流器(即FBMMC)，该全桥型模块化多电平换流器具有故障自清除能力。

FBMMC包括上桥臂和下桥臂；每相上桥臂由N个全桥子模块(即FBSM)及其相应的桥臂电阻R_a、桥臂电感L_a串联构成；每相下桥臂也是由N个全桥子模块(即FBSM)及其相应的桥臂电阻R_a、桥臂电感L_a串联构成；每相上桥臂的第一个全桥子模块(即FBSM)的输出端与中压直流母线u_ua的正极连接，每相下桥臂的最后一个全桥子模块(即FBSM)的输出端与中压直流母线u_la的负极连接；

每相桥臂(即上桥臂和下桥臂)上，每个全桥子模块(即FBSM)的输出电容上接一个双有源全桥变换器(即DAB)，2N组双有源全桥DAB经并联输出后作为低压侧直流线路的出口并与储能装置相连。

步骤2)中当发生直流侧双极短路故障后，系统检测桥臂电流等参考量超过设定值时，经过一定的延时发出系统闭锁指令，闭锁ESBC。ESBC闭锁前的电容电压u_c和故障回路放电电流i_f的数学表达式为：

式中，L_e＝2L_a/3+L₀，C_e＝6C_SM/N，R_e＝2R_a/3+R分别为ESBC闭锁前故障电流通路的等效电感、等效电容和等效电阻；U_d1＝u_c(t₀+)＝u_c(t₀-)为故障发生时直流电压初始值，I_d1＝i_f(t₀+)＝i_f(t₀-)为直流电流初始值；τ＝2L_e/R_e为等效电路的放电时间常数，

为等效放电电路的角频率，

为放电电流的初始相角。

子模块电容在闭锁前的放电为震荡放电的过程，直流侧双极短路故障发生后，直流侧故障电流在短时间内激增，子模块电容迅速放电造成短时间桥臂电流迅速增大，超过桥臂电流过流保护的阈值，造成储能内置式换流器ESBC闭锁。ESBC闭锁后的电容电压u_c和故障回路放电电流i_f的数学表达式为：

其中，L_e＝2L_a/3+L₀，C_e1＝3C_SM/2N，R_e＝2R_a/3+R₀分别为ESBC闭锁后故障电流通路的等效电感、等效电容和等效电阻；U_f＝u_c(t₁+)＝u_c(t₁-)为闭锁时的电压初始值，I_f＝i_f(t₁+)＝i_f(t₁-)为闭锁时的电流初始值；

为等效充电电路的角频率，

为充电电路的初始相角。

在实际工程中，故障衰减时间很短，因此可忽略衰减项e^-t/τ，则可得到最终等效电路的电容电压最大值为：

换流器闭锁后，故障电流通过故障回路向子模块电容充电，故障电流迅速下降到零，并保持零不变直至换流器重启解锁。在换流器闭锁期间，储能内置式换流器ESBC能够有效地隔离故障并通过反向充电回路实现直流侧故障清除。闭锁期间子模块电压的最大值与换流器闭锁时的电容电压值和故障电流值有关，并且与故障回路的电感参数和子模块电容参数有关。但由于闭锁时每个桥臂的放电情况的不同和子模块参数的差异，换流器闭锁后子模块电容电压之间存在差异，重新解锁时会带来电流冲击，使桥臂承受二次过流的风险。

图7为本发明背景技术中未加基于储能的快速恢复策略时两端型直流配电网故障处理和恢复时序示意图。以图6所示的中压直流母线F1处发生双极短路故障为例，故障发生后的处理过程为：

(1)故障初期(t_f1-t_f2)：故障发生初期，各相电气量指标还未超过设定值，系统仍正常运行，故障点通过换流器向交流系统馈入故障电流。桥臂电流迅速增大，但没有达到桥臂过流保护的阈值(一般为桥臂额定电流的2倍)，换流器未闭锁；

(2)故障处理(t_f2-t_f3)：故障电流超过系统正常运行时的阈值，控制保护系统检测到故障后经过一定时间延迟，向换流器发出闭锁指令，换流站一MMC1将由于过流闭锁，ESBC中的FBSM电容反向接入故障回路中，快速阻断故障电流；保护系统根据故障报警信息，迅速检测和定位故障点，控制保护系统控制故障点F1两端的快速隔离开关S2和S3开断，将故障点隔离。

(3)故障恢复(t_f3-t_f4)：故障点被隔离后，故障点上游快速隔离开关S1和S2区域和下游快速隔离开关S3和S4区域失电。由于故障点的隔离，快速隔离开关S3和S4区域将无法继续由换流站一MMC1供电，需要通过重新解锁换流站一MMC1，恢复快速隔离开关S1和S2区域的供电；闭合联络开关gs1，换流站二MMC2经由联络开关gs1恢复快速隔离开关S3和S4之间的负荷供电，使系统尽可能恢复已经失电的非故障区域的负荷，降低故障对配电网的影响。

(4)稳态运行(t_f4-)：系统恢复正常运行，并修复被隔离的故障区域，尽可能恢复直流配电网系统的初始网络架构。

在故障恢复过程中，换流站一MMC1需要重新解锁以恢复失电区域的供电。而闭锁过程中将造成全桥子模块FBSM的电容电压不平衡，偏离正常运行时的额定值，引起换流站重启过程时母线电压波动，且重启时间较长。

图2为本发明提出的基于储能的故障快速重启策略示意图。由图1介绍的ESBC拓扑结构可知，储能装置配置在并联双有源全桥变换器(双向DC/DC变换器)和低压负荷之间，因此，在运行时，利用储能装置的间歇性工作的特性，在换流器闭锁期间，储能装置可以不经过换流站一MMC1而直接向负荷提供功率支撑，从而保障重要负荷在故障清除期间的不间断供电；

同时，故障被隔离后，储能装置通过DAB向FBSM的电容进行电压调节控制，使子模块电容电压迅速恢复到稳定运行时的额定值U_Cref。从而在系统重启时实现快速恢复。

图3为本发明两端型直流配电网故障处理和恢复时序示意图，在ESBC闭锁后的故障清除时间内，控制储能对全桥子模块FBSM的子模块电容电压进行平衡控制，故障隔离可以和子模块电容电压再平衡过程同时进行，当接收到解锁指令后，换流器可以通过建立直流电压迅速到达稳态，通过重启时序的调节使重启时间缩短，达到故障快速恢复的目的。

故障发生初期，系统正确检测出故障前，仍按照正常的换流器投切方式进行工作，ESBC每相桥臂投入的子模块个数为N，由于IGBT的投切频率很高，上下两个桥臂的电容等效为并联，其值为2CSM/N。故障电流通路为如图4所示的RLC二阶放电回路。L0和R0为ESBC闭锁前在直流侧的等效电感和电阻。

ESBC闭锁后，桥臂电感和直流电抗器续流，并通过续流二极管向子模块的电容充电，导致子模块电容电压上升。每相上下两个桥臂的子模块电容等效为串联结构，每相等值电容为C_SM/2N。所有桥臂的子模块电容形成反电动势串联在电路中，ESBC闭锁后的等效故障电流通路及其简化电路如图5所示。

故障被隔离后，如果将子模块同时投入，由于子模块电容电压值之间的差异，同时导通势必会在桥臂之间形成瞬时电流冲击，使子模块电容和参与工作的IGBT器件承受过流。因此，在本发明提出的分阶段充电的策略下，系统闭锁后，检测所有子模块的电容电压，将电压最小值记为U_Cmin，电压最大值记为U_Cmax，额定电压为U_Cref。则子模块电容的电压U_C可以表示为：

其中，k₁(t)和k₂(t)为充电过程中的缓冲函数。

k_C1和k_C2为闭锁后到储能开始充电前子模块电容电压与额定值的比值，M_s表示储能充电的充电函数，t_C1为储能启动充电时刻，t_C2为电压值在[U_Cmin，U_Cref]区间的子模块充电结束时刻，t_C3为电压值在(U_Cref，U_Cmax]区间的子模块放电结束时刻，也即整个子模块再平衡过程的结束时刻。

t＝t_C1时刻，储能开始充电，先对子模块电压低于U_Cref的子模块充电，即第一阶段充电；t＝t_C2时，第一阶段充电完成，开始对子模块电压高于U_Cref的子模块放电，即第二阶段充电；t＝t_C3时，第二阶段充电完成，此时所有桥臂的子模块电容电压均稳定在额定值U_Cref附近。在第二阶段的子模块放电过程中，储能装置吸收电能，补充在第一阶段充电过程中消耗的功率。

图9(a～i)为现有技术中未基于储能的直流故障后协调控制策略仿真波形数据，在未加入基于储能的故障快速恢复策略时，直流故障发生后的配电网系统恢复的响应波形。初始时直流配电网系统处于稳定运行状态，换流站一MMC1输出有功功率为4.8MW，换流站二MMC2输出有功功率为2MW，如图9(e)所示；当t＝0.8s时，若如在图7中的F1处发生了双极短路故障，短路电阻为0.01Ω。发生双极短路故障，换流站一MMC1出口直流母线电压从正常运行时的20kV迅速跌落至零，如图9(a)所示；当直流母线电流在约2.5ms内迅速上升至2kA，桥臂电流激增至正常运行时的约2.7倍，如图9(c)、9(i)所示；当系统检测到桥臂电流大于0.6kA时，经过130us的延时发出闭锁指令，换流站一MMC1迅速闭锁；闭锁后直流侧故障电流急速下降，经过约1.8ms的时间下降到零；此时断开快速隔离开关S2和S3，故障点被快速隔离；故障隔离后重新解锁换流站一MMC1，建立MMC1出口处直流电压，恢复对快速隔离开关s1和s2之间的供电区域的供电，换流站一MMC1输出的有功输出调整为2MW；闭合换流站一MMC1与换流站二MMC2之间的联络开关gs1，恢复对快速隔离开关S3和联络开关gs1之间的供电区域的供电，换流站二MMC2的输出功率调整为3MW。对于换流站一MMC1而言，故障清除后，控制保护系统下发解锁指令，重新解锁换流站一MMC1，直流母线电压建立，同时恢复对低压负荷的供电。在整个过程中(如图9a～i)所示，从系统发出解锁指令到系统重新达到稳定运行持续约75ms。

图8(a～e)是采用了本发明提出的基于储能的故障快速恢复策略仿真波形。当运行至t＝0.8s时，若在图6中F1处发生直流侧双极短路故障，短路电阻为0.01Ω。未采用基于储能的故障快速恢复策略时，换流器站MMC1闭锁后，子模块电容电压比正常运行时上升了约165V，如图8(b)所示；在闭锁期间，低压侧直流功率出现缺额，直流电压下降约50V，如图8(d)所示；在加入基于储能的故障快速恢复策略时，系统闭锁后，直流母线电流和桥臂电流迅速衰减至零，此时储能通过DAB向FBSM的模块电容进行电压平衡控制，使其稳定在2.5kV，如图8(c)所示；储能同时向低压侧负荷供电，使其电压稳定在750V，如图8(e)所示。故障隔离后，系统下发解锁指令，换流站MMC1重新解锁，系统在短时间内到达稳态并恢复正常运行，如图8(a)所示。从系统解锁指令下发至系统重新稳定运行所需的时间仅约为0.4ms。

上述结果表明，采用基于储能的故障后重启策略，储能装置经过DAB可以在数个毫秒内使FBSM的模块电容值稳定在额定值附近，有效地平抑电容电压波动，调节时间短，调制方式可靠。还可以在故障发生后能够实现重要负荷的不间断供电和ESBC的全桥子模块电容电压再平衡。从而实现配电网系统的故障快速恢复，使得系统重新稳定时间缩短了约74.6ms。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法，包括以下步骤：

1)在柔性直流配电网的两端分别配置储能内置式换流器；

2)检测直流侧是否发生双极短路故障；

3)若有故障发生，闭锁储能内置式换流器；

4)利用所述储能内置式换流器进行故障恢复；

储能内置式换流器包括全桥型模块化多电平换流器、双有源全桥变换器和储能装置；所述全桥型模块化多电平换流器包括上桥臂和下桥臂，每相的上桥臂由N个全桥子模块及相应的桥臂电阻R_a、桥臂电感L_a串联构成；

每相的下桥臂是由N个全桥子模块及其相应的桥臂电阻R_a、桥臂电感L_a串联构成；

其中，每相上桥臂中的第一个全桥子模块的输出端与中压直流母线u_ua的正极连接，每相下桥臂中的最后一个全桥子模块的输出端与中压直流母线u_la的负极连接；

每相桥臂上，每个全桥子模块的输出电容上接一个双有源全桥变换器，2N个双有源全桥变换器经并联输出后作为低压侧直流线路的出口并与储能装置相连；

步骤2)包括:

计算直流配电网故障前和故障后的短路电流i_f(t)和子模块电容电压u_c(t)解析式：

储能内置式换流器闭锁前的电容电压u_c和故障回路放电电流i_f的数学表达式为：

式中，L_e＝2L_a/3+L₀，C_e＝6C_SM/N，R_e＝2R_a/3+R₀分别为ESBC闭锁前故障电流通路的等效电感、等效电容和等效电阻；U_d1＝u_c(t₀+)＝u_c(t₀-)为故障发生时直流电压初始值，I_d1＝i_f(t₀+)＝i_f(t₀-)为直流电流初始值；τ＝2L_e/R_e为等效电路的放电时间常数，

为等效放电电路的角频率，

为放电电流的初始相角；其中C_SM为子模块电容，L₀为闭锁前在直流侧的等效电感，R₀为闭锁前在直流侧的等效电阻；

储能内置式换流器闭锁后的电容电压u_c和故障回路放电电流i_f的数学表达式为：

其中，L_e＝2L_a/3+L₀，C_e1＝3C_SM/2N，R_e＝2R_a/3+R₀分别为ESBC闭锁后故障电流通路的等效电感、等效电容和等效电阻；U_f＝u_c(t₁+)＝u_c(t₁-)为闭锁时的电压初始值，I_f＝i_f(t₁+)＝i_f(t₁-)为闭锁时的电流初始值；

为等效充电电路的角频率，

为充电电路的初始相角；

在实际工程中，故障衰减时间很短，因此忽略衰减项e^-t/τ，则得到最终等效电路的电容电压最大值为：

换流器闭锁后，故障电流通过故障回路向子模块电容充电，故障电流迅速下降到零，并保持零不变直至换流器重启解锁；在换流器闭锁期间，储能内置式换流器ESBC能够有效地隔离故障并通过反向充电回路实现直流侧故障清除；

其特征在于，

故障被隔离后，在分阶段充电的策略下，系统闭锁后，检测所有子模块的电容电压，将电压最小值记为U_Cmin，电压最大值记为U_Cmax，额定电压为U_Cref；则子模块电容的电压U_C表示为：

其中，k₁(t)和k₂(t)为充电过程中的缓冲函数；

k_C1和k_C2为闭锁后到储能开始充电前子模块电容电压与额定值的比值，M_s表示储能充电的充电函数，t_C1为储能启动充电时刻，t_C2为电压值在[U_Cmin，U_Cref]区间的子模块充电结束时刻，t_C3为电压值在(U_Cref，U_Cmax]区间的子模块放电结束时刻，也即整个子模块再平衡过程的结束时刻。

2.根据权利要求1所述的一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法，其特征在于，步骤4)中在储能内置式换流器闭锁后，储能装置直接向负荷提供功率支撑。

3.根据权利要求1所述的一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法，其特征在于，步骤4)中在储能内置式换流器闭锁后，储能装置通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容进行电压调节控制。

4.根据权利要求3所述的一种储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复方法，其特征在于，在储能装置通过双有源全桥变换器向全桥子模块的电容进行电压调节控制时，第一阶段对全桥子模块电压低于额定电压U_Cref的子模块充电，第二阶段对全桥子模块电压高于额定电压U_Cref的子模块放电；

在第二阶段的子模块放电过程中，储能装置吸收电能。

Images