CN112039354A - 一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合mmc拓扑 - Google Patents

一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合mmc拓扑 Download PDF

Info

Publication number
CN112039354A
CN112039354A CN202010951996.XA CN202010951996A CN112039354A CN 112039354 A CN112039354 A CN 112039354A CN 202010951996 A CN202010951996 A CN 202010951996A CN 112039354 A CN112039354 A CN 112039354A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
fault
bridge arm
mmc
energy absorption
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010951996.XA
Other languages
English (en)
Inventor
樊强
赵西贝
赵成勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202010951996.XA priority Critical patent/CN112039354A/zh
Publication of CN112039354A publication Critical patent/CN112039354A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑的基本原理和实现方法，并联型混合MMC拓扑通过在传统半桥换流器直流侧出口增加由超快速机械开关(ultra‑fast disconnector,UFD)和负荷转换开关(load commutation switch,LCS)串联组成的断流支路，在各相上、下桥臂电感外侧增加电流转移模块，同时增加由全桥子模块(full‑bridge submodules，FBSM)构成的全桥桥臂作为能量吸收回路，并设计了对应能量吸收回路的附加控制器，可在故障期间不依赖直流断路器快速清除故障，并可使柔性直流电网系统可靠有效恢复。本发明通过将断路器的部分功能集成到换流器内部，可有效清除柔性直流电网故障，原理简便，控制方式有效。

Description

一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及并联型混合MMC拓扑的基本原理和实现方法。
背景技术
基于MMC的高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)由于其技术和经济上的独特优势，在我国远距离大容量输电和大区域联网中得到了广泛应用，由其组成的柔性直流输电技术可有效缓解我国大规模新能源并网与消纳问题，是未来电网变革的方向。但由于柔性直流电网中含有大量电力电子设备，其低惯量、弱阻尼特性和架空线的高故障率使直流故障成为基于半桥MMC的柔性直流电网工程化应用面临的主要挑战之一，限制了柔性直流电网的发展。其中主要技术难点在于高压大容量的直流断路器技术的研制尚不成熟，距离大规模工程化应用还有一定的距离。因此，本方案从原理上提出了一种不依赖直流断路器的基于MMC切断电流的方案，可避免现有直流断路器存在的问题。
本方案通过集成部分断路器功能于MMC内部，设计了一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑，可有效实现柔性直流电网故障电流的清除，降低整个换流站的建设成本。
发明内容
为了克服上述现有直流断路器的成本和寿命问题，本发明提供一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑，通过MMC本身的操作并配合直流侧线路的机械断路器(mechanical circuit breaker，MCB)，实现直流故障的快速清除。
本发明提供并联型混合MMC拓扑的实现方法，基于传统半桥MMC，在各相上、下桥臂电感外侧增加电流转移模块，在换流器直流出口处增加由UFD和LCS串联组成的断流支路，同时增加一个由FBSM构成的全桥桥臂作为能量吸收回路，并设计了适用于能量吸收回路的附加控制器。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种并联型混合MMC拓扑的实现方法，包括：
电流转移模块，断流支路和能量吸收回路三部分
电流转移模块，由IGBT及其反并联二极管并且并联避雷器组成的模块单元串联组成，连接在MMC上下桥臂的桥臂电感与桥臂子模块组的连接处，在稳态时不流过电流，在故障后导通用于旁路MMC桥臂电感，可使断流支路的承压由能量吸收回路进行箝位；
断流支路，由UFD和LCS串联组成，用于稳态时的通流和故障后物理隔离MMC桥臂和故障线路部分；
能量吸收回路，由FBSM组成的能量吸收回路，可有效进行故障线路桥臂电感能量的吸收。
另一方面，本发明设计了一种针对并联型混合MMC拓扑的能量吸收回路的附加控制器，使其在系统发生直流侧故障时，通过三个暂态过程，可有效控制能量吸收回路进行故障的快速清除。
根据权利要求1所述的并联型混合MMC拓扑，其特征在于，所述电流转移模块与MMC桥臂电感连接，形成公共点M和公共点N；
所述电流转移模块可以由IGBT模块(反并联二极管)与避雷器并联组成基本单元，串联形成。为使电流转移模块双向通流，电流转移模块需反向串联。
根据权利要求1所述的并联型混合MMC拓扑，其特征在于，所述断流支路处于MMC的直流侧，与MMC桥臂和附加的能量吸收回路形成公共点D和P。
所述断流支路由UFD和LCS串联组成，其中LCS由少许IGBT(反并联二极管)串联组成。
根据权利要求1所述的并联型混合MMC拓扑，其特征在于，所述串联FBSM组成的能量吸收回路与MMC直流侧正负极线路相连，形成公共点P和Q。
所述能量吸收回路由FBSM串联而成。通过附加的能量吸收回路控制，可快速清除直流故障。
本发明通过在传统半桥MMC基础上进行改造，通过增加电流转移模块、断流支路和能量吸收回路三部分并设计针对于能量吸收回路的附加控制器，配合每条直流侧线路的机械断路器，可快速有效地清除直流故障，克服现有断路器的困难，有效降低投资。
附图说明
图1是本发明实施例1中并联型混合MMC拓扑图；
图2是本发明实施例2中控制能量吸收回路中的附加控制器框图；
图3是本发明实施离3中并联型混合MMC直流故障清除过程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明实施例1并联型混合MMC拓扑的构成如下：
在基于半桥MMC的基础上在其桥臂电感两侧并联电流转移模块，并在其直流侧串联由UFD和LCS组成的断流支路，在其直流侧并联一个由FBSM组成的能量吸收回路。
本发明实施例2提供控制并联型混合MMC能量吸收回路中的附加控制器的基本原理如下：
在整个柔性直流电网系统正常运行时，附加控制器使能量吸收回路中的全部子模块投入，对直流电压进行滤波，当系统发生直流侧故障后，能量吸收回路共有3种工作状态。暂态I为断流支路中LCS的开断创造的低电压电气环境，此时N_I的取值为较小的正数。暂态II为吸收故障线路直流侧电感能量，为直流侧MCB的开断创造电流过零点。其值N_II的值通过控制器计算得出，具体为故障线路所在直流电流的参考值Idc_ref(Idc_ref选取接近于零的值)与其测量值Idc_line经过PI环节，其输出值除以子模块电容电压的额定值uc，并经过限幅环节(Nmax＝N_all，Nmin＝-N_all),取整得到暂态II投入的子模块个数N_II。暂态III为直流侧MCB开断创造的低电压开断环境，N_III为较大的负数。
实施例3
本发明实施例3提供了并联型混合MMC拓扑的具体故障清除过程，具体如下：
基于并联型混合MMC拓扑的故障清除主要包括三个环节，故障检测阶段，近端换流器隔离阶段，故障清除阶段。下面将逐一介绍：
故障检测阶段：故障电流通路(具体见附图(3)a所示)，在此时，近端换流器(离故障点近的换流器)和远端换流器(离故障点较远的所有换流器)同时向故障点馈入短路电流。其放电路径分别见图3(a)中的回路1(近端换流器)和回路2(远端换流器)。每个换流器馈入的短路电流主要由桥臂子模块电容放电电流，能量吸收回路中FBSM电容放电电流和交流系统短路电流三部分组成。
近端换流器隔离阶段：在此过程中，电流转移模块处于导通状态，同时旁路所有半桥子模块，桥臂半桥子模块将不再向故障点放电。交流系统短路电流将在MMC内部形成闭合回路而不向故障点馈入电流，能量吸收回路处于暂态I。此时断流支路两端的电压降几乎接近于零。当断流支路完全关断后，近端换流器将不再向故障点馈入电流(具体见图3(b))。
故障清除阶段：当断流支路完全关断后，能量吸收回路由暂态I切换为暂态II，直流线路电感上的能量快速向能量吸收回路回馈，为直流侧线路MCB的开断创造电流过零点条件。当直流侧线路MCB开始开断时，能量吸收回路由暂态II切换为暂态III，为直流侧MCB的开断创造低电压电气环境。当直流线路上的MCB成功开断后，故障彻底清除(具体见图3(c))。
以上即为基于并联型混合MMC的柔性直流电网全部故障清除过程。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种并联型混合MMC拓扑，其特征在于：
断流支路，由UFD和LCS串联组成，用于稳态时的通流和故障后物理隔离MMC桥臂和故障线路部分。
2.一种并联型混合MMC拓扑，其特征在于：
电流转移模块，由IGBT及其反并联二极管并且并联避雷器组成的模块单元串联组成，连接在MMC上下桥臂的桥臂电感与桥臂子模块组的连接处，在稳态时不流过电流，在故障后导通用于旁路MMC桥臂电感，可使断流支路的承压由能量吸收回路进行箝位。
3.一种并联型混合MMC拓扑，其特征在于：
在MMC内部并联一个由FBSM组成的能量吸收回路，可有效进行故障线路桥臂电感能量的吸收。
4.一种并联型混合MMC拓扑，其特征在于：
设计了对应能量吸收回路的附加控制器，可使能量吸收回路在故障工况中进入三个暂态阶段，可有效进行故障线路的清除。
CN202010951996.XA 2020-09-11 2020-09-11 一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合mmc拓扑 Pending CN112039354A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010951996.XA CN112039354A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合mmc拓扑

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010951996.XA CN112039354A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合mmc拓扑

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112039354A true CN112039354A (zh) 2020-12-04

Family

ID=73588593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010951996.XA Pending CN112039354A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合mmc拓扑

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112039354A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017050103A1 (zh) * 2015-09-25 2017-03-30 全球能源互联网研究院 级联全桥高压直流断路器及快速重合方法、存储介质
CN107026577A (zh) * 2017-04-21 2017-08-08 清华大学 一种可切断直流短路故障电流的模块化多电平换流器
WO2017215314A1 (zh) * 2016-06-16 2017-12-21 南方电网科学研究院有限责任公司 一种混合式直流断路器
CN109217265A (zh) * 2018-08-24 2019-01-15 东北电力大学 一种电流转移型多电平换流器拓扑的清除直流故障方法
CN109659911A (zh) * 2018-12-13 2019-04-19 华北电力大学 一种适用于多端直流和直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN110048376A (zh) * 2018-12-13 2019-07-23 华北电力大学 一种适用于直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN111463819A (zh) * 2020-06-04 2020-07-28 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 一种能量吸收电路及能量吸收方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017050103A1 (zh) * 2015-09-25 2017-03-30 全球能源互联网研究院 级联全桥高压直流断路器及快速重合方法、存储介质
WO2017215314A1 (zh) * 2016-06-16 2017-12-21 南方电网科学研究院有限责任公司 一种混合式直流断路器
CN107026577A (zh) * 2017-04-21 2017-08-08 清华大学 一种可切断直流短路故障电流的模块化多电平换流器
CN109217265A (zh) * 2018-08-24 2019-01-15 东北电力大学 一种电流转移型多电平换流器拓扑的清除直流故障方法
CN109659911A (zh) * 2018-12-13 2019-04-19 华北电力大学 一种适用于多端直流和直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN110048376A (zh) * 2018-12-13 2019-07-23 华北电力大学 一种适用于直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN111463819A (zh) * 2020-06-04 2020-07-28 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 一种能量吸收电路及能量吸收方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
魏晓光 等: "模块化混合式高压直流断路器研究与应用", 《中国电机工程学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2939459C (en) Direct-current power transmission protection device, converter and protection method
CN109659967B (zh) 含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站及其直流故障处理策略
CN107026577B (zh) 一种可切断直流短路故障电流的模块化多电平换流器
CN107565590A (zh) 适用于风电外送的混合高压直流输电系统
CN111049407B (zh) 具有断流能力的混联型模块化多电平变换器及其控制方法
CN109256951B (zh) 一种直流电压变换装置及其控制方法
CN102522882B (zh) 一种换流器功率组件的保护电路
CN104052026A (zh) 用于模块化多电平换流器的子模块拓扑及其应用
CN103107689A (zh) 一种级联型变频器、功率单元及其旁路模块
CN110011283B (zh) 基于改进型半桥子模块的直流配电系统故障隔离方法
CN109980613B (zh) 基于改进型半桥子模块的直流配电系统故障恢复方法
CN113394760B (zh) 一种基于电容换流的预限流型高压直流故障限流器及方法
CN110768233A (zh) 适用于直流电网且具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器及其控制方法
CN110048376A (zh) 一种适用于直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN115241850B (zh) 一种组合式高压直流断路器及其控制策略
CN111682788A (zh) 具有故障阻断能力的电流主动转移型mmc电力电子变压器
CN106532757A (zh) 双极柔性直流输电系统及其换流站、换流站的控制方法
CN110429567B (zh) 基于隔离型模块化直流变压器的直流故障隔离方法
CN107749615B (zh) 一种基于串入电容器的直流断路器及其直流故障处理策略
CN106451428A (zh) 一种具有短路限流功能的混合型统一电能质量调节器
CN113904573B (zh) 一种半桥改进型mmc子模块拓扑结构及其控制方法
CN112039354A (zh) 一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合mmc拓扑
CN111711348B (zh) 具有故障阻断能力的改进型混合半桥mmc
CN115242109A (zh) 一种适用于直流故障清除的低比例全桥混合型mmc拓扑及其控制策略
CN107749616A (zh) 一种降损式电容型直流断路器及其直流故障处理策略

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20201204

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication