CN115473208A - 一种基于旁路桥臂的mmc-hvdc直流故障清除方法 - Google Patents

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孙如茵
郭彦勋
王克文
梁军
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Abstract

本发明公开了一种基于旁路桥臂的MMC‑HVDC直流故障清除方法，包括如下步骤：在MMC的三相的上下桥臂中间并联由晶闸管串联构成的旁路桥臂，并在旁路桥臂中间串联一个由机械开关K和限流电阻R并联组成的结构，同时在电网交流侧每相串联一个零损耗限流器SZCL；发生直流故障后，开始直流故障检测和识别；当检测到MMC被阻塞时，触发旁路桥臂中的晶闸管，打开旁路桥臂，使直流故障电流流入旁路桥臂；同时，控制零损耗限流器SZCL的机械开关K1跳闸，使直流故障电流流过零损耗限流器SZCL的电感Lf；当检测到直流侧故障电流衰减为0后，打开机械开关K。本发明方法能够快速清除直流电网的直流故障。

Description

一种基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法
技术领域
本发明涉及电力系统直流输电领域，具体涉及一种基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法。
背景技术
随着传统能源的稀缺，人们逐渐认识到新能源并网的重要性。基于MMC的高压直流输电是解决新能源并网和消纳问题的有效手段之一，相对于两电平电压源换流器（VSC），模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有无换相失败、可扩展性和良好的谐波特性等显著优势，所以MMC-HVDC已经成为一种新型的输电方式，具有广阔的应用前景。
然而，在电能传输过程中，直流线路不可避免地会发生短路故障。当直流侧发生故障时，基于半桥子模块的MMC会受到续流二极管不控整流效应的严重威胁，尤其当发生双极短路故障，如果没有保护电路，半桥MMC的电力电子器件可能受到严重损坏。此外，由于二极管的续流效应，短路故障电流不会自然衰减。因此，采取相应措施快速清除直流故障是必须解决的关键问题。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法，包括如下步骤：
在MMC的三相的上下桥臂中间并联由晶闸管串联构成的旁路桥臂，并在旁路桥臂中间串联一个由机械开关K和限流电阻R并联组成的结构，同时在电网交流侧每相串联一个零损耗限流器SZCL；
发生直流故障后，开始直流故障检测和识别；
当检测到MMC被阻塞时，触发旁路桥臂中的晶闸管，打开旁路桥臂，使直流故障电流流入旁路桥臂；同时，控制零损耗限流器SZCL的机械开关K1跳闸，使直流故障电流流过零损耗限流器SZCL的电感Lf；
当检测到直流侧故障电流衰减为0后，打开机械开关K。
基于上述，所述Lf的选取方式为：
机械开关K1跳闸后将直流故障电流引到Lf，其中，直流故障电流，即稳态短路电流If，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
式中，Rs为交流测电阻，Ls为交流测电抗，LT为变压器漏电抗，k为三相变压器比，ω为常数系数；
短路电流指数ρ计算公式为：
Figure 443066DEST_PATH_IMAGE002
；
稳态额定电流Ir的有效值计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
式中，U1为交流侧线路电压，P为交流侧有功功率；
Lf的计算公式为：
Figure 750419DEST_PATH_IMAGE004
。
基于上述，所述零损耗限流器SZCL置于变压器的阀侧。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进度，具体来说就是，本发明通过在MMC的三相的上下桥臂中间并联由晶闸管串联构成的旁路桥臂，将直流故障电流引入旁路桥臂，从而达到快速清除直流故障的目的；再由交流侧的零损耗限流器SZCL对交流侧进行保护，以防电流冲击对系统造成损坏。
附图说明
图1为本发明基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法的流程图。
图2为本发明基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法的拓扑图。
图3为本发明仿真实验搭建的四端双极直流电网拓扑图。
图4为本发明仿真实验的效果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1和图2所示，本实施例提供一种基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法，包括如下步骤：
在MMC的三相的上下桥臂中间并联由晶闸管串联构成的旁路桥臂，并在旁路桥臂中间串联一个由机械开关K和限流电阻R并联组成的结构，同时在电网交流侧每相串联一个零损耗限流器SZCL；
发生直流故障后，开始直流故障检测和识别；
一般大约1ms内检测到MMC被阻塞，这时触发旁路桥臂中的晶闸管，打开旁路桥臂，使直流故障电流流入旁路桥臂；同时（也可以限定在直流故障发生0.065ms后），控制零损耗限流器SZCL的机械开关K1跳闸，使直流故障电流流过零损耗限流器SZCL的电感Lf；桥臂电感通过旁路桥臂和旁路桥臂的子模块（由晶闸管组成）继续放电；
当检测到直流侧故障电流衰减为0后，为了防止正常运行时再次过流，打开机械开关K。
所述Lf的选取方式为：
机械开关K1跳闸后将直流故障电流引到Lf，其中，直流故障电流，即稳态短路电流If，计算公式为：
Figure 592473DEST_PATH_IMAGE001
；
式中，Rs为交流侧电阻，Ls为交流侧电抗，LT为变压器漏电抗，k为三相变压器比，ω为常数系数，一般取值314；
短路电流指数ρ计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
ρ值大小可设为1左右；
稳态额定电流Ir的有效值计算公式为：
Figure 846737DEST_PATH_IMAGE006
；
式中，U1为交流侧线路电压，P为交流侧有功功率；
Lf的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
特别的，L f 越大，直流故障电流衰减的影响越明显，但如果L f 太大，成本增加太多，因此需要合理设计L f 的值。考虑到L f 不影响变压器的启动，故将所述零损耗限流器SZCL置于变压器的阀侧。
仿真验证
为了验证本发明方法的有效性，特设计以下仿真实验验证。
在PSCAD/EMTDC中搭建了四端双极直流电网，系统的接线方式见图3。由于成本考虑，变流器出口处不设直流断路器（DCCB），如张北直流电网。但变换器仍需具备隔离直流故障的能力以应对以下工况：
1）当直流线路1故障时，DCCB1和DCCB3应协同工作，但直流线路1的DCCB1不能正常工作。此时，DCCB3配合由DCCB2和变换器组成的后备保护完成；
2）当变换器出口处发生故障时，不仅DCCB1和DCCB2跳闸，变换器也应提供保护；
因此，变换器的故障隔离能力不仅对两端系统至关重要，对直流电网也至关重要；
仿真系统参数如表1所示：
表1 仿真系统参数
Figure 457847DEST_PATH_IMAGE009
Figure 345556DEST_PATH_IMAGE011
由图4可以看出，在发生直流故障后，直流故障电流被引到旁路桥臂，直流故障电流在很短时间内衰减为零，所以本发明方法能有效地提供直流故障保护。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法，包括如下步骤：
在MMC的三相的上下桥臂中间并联由晶闸管串联构成的旁路桥臂，并在旁路桥臂中间串联一个由机械开关K和限流电阻R并联组成的结构，同时在电网交流侧每相串联一个零损耗限流器SZCL；
发生直流故障后，开始直流故障检测和识别；
当检测到MMC被阻塞时，触发旁路桥臂中的晶闸管，打开旁路桥臂，使直流故障电流流入旁路桥臂；同时，控制零损耗限流器SZCL的机械开关K1跳闸，使直流故障电流流过零损耗限流器SZCL的电感Lf；
当检测到直流侧故障电流衰减为0后，打开机械开关K。
2.根据权利要求1所述的基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法，其特征在于，所述Lf的选取方式为：
机械开关K1跳闸后将直流故障电流引到Lf，其中，直流故障电流，即稳态短路电流If，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
式中，Rs为交流测电阻，Ls为交流测电抗，LT为变压器漏电抗，k为三相变压器比，ω为常数系数；
短路电流指数ρ计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
稳态额定电流Ir的有效值计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
式中，U1为交流侧线路电压，P为交流侧有功功率；
Lf的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
3.如权利要求1所述的基于旁路桥臂的MMC-HVDC直流故障清除方法，其特征在于：所述零损耗限流器SZCL置于变压器的阀侧。
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