本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于混合拓?fù)鋼Q流器的柔直系統(tǒng)直流故障恢復(fù)方法。

背景技術(shù)：

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)是一種新型多電平電壓源換流器，其模塊化設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性等性能在高壓直流輸電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其換流器是由多個(gè)子模塊(Submodule,SM)堆疊而成，通過控制子模塊的投入和退出，就可以控制交流側(cè)輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)交直流功率交換?，F(xiàn)有工程所采用的換流器技術(shù)均采用半橋子模塊(Half-Bridge Sub-Module，HBSM)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

由于高壓直流輸電領(lǐng)域的直流斷路器技術(shù)及制造工藝尚不成熟，對(duì)于直流短路這種極端故障的處理，大多是依靠換流器的控制配合來實(shí)現(xiàn)的。但是傳統(tǒng)兩電平、鉗位型三電平、半橋式模塊化多電平換流器無法輸出反向電壓以抑制交流系統(tǒng)的短路電流，即不具備暫時(shí)性直流故障的穿越能力，限制了模塊化多電平換流器在架空線輸電形式的柔性直流輸電場(chǎng)合的應(yīng)用。

為了解決上述問題，國(guó)際學(xué)者提出了基于半橋和全橋子模塊混合型模塊化多電平換流器(Cell-Hybrid MMC)等新型子模塊拓?fù)?。由于其中的全橋型子模塊可以輸出0、+1和-1三種電平，可以阻斷來自任何方向的橋臂電流，因此其具備一定的雙極直流故障穿越能力，同時(shí)不需要閉鎖換流器。

根據(jù)現(xiàn)有的研究表明，在直流故障穿越期間換流器輸出電壓由上下橋臂共同疊加而成，故障期間半橋子模塊全部閉鎖，全橋子模塊來阻斷橋臂短路電流。待直流故障清除后，需要盡快實(shí)現(xiàn)直流電壓的重建。其重建本質(zhì)就是將直流電壓由0逐步恢復(fù)到額定值的過程，同時(shí)伴隨著半橋子模塊的解鎖。考慮到兩站之間直流電壓重建不可能完全同步，不同步會(huì)造成換流站間子模塊存儲(chǔ)能量的波動(dòng)，會(huì)影響直流電壓重建。

因此，需要提供一種混合型拓?fù)湓诓婚]鎖換流器情況下完成直流故障恢復(fù)后的直流電壓重建協(xié)調(diào)控制策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種基于混合拓?fù)鋼Q流器的柔直系統(tǒng)直流故障恢復(fù)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

所述混合拓?fù)鋼Q流器的功率子模塊包括全橋子模塊和半橋子模塊，當(dāng)所述柔直系統(tǒng)在直流故障穿越后半橋子模塊全部閉鎖，全橋子模塊正常運(yùn)行，柔直系統(tǒng)的直流電壓U_dc為故障點(diǎn)殘壓值，所述方法包括：

步驟1：判斷所述直流故障是否結(jié)束；

步驟2：解鎖每個(gè)待直流電壓重建換流站的橋臂中的半橋子模塊；

步驟3：對(duì)所有待直流電壓重建換流站的橋臂進(jìn)行附加直流電壓控制，確定換流站橋臂需要附加輸出的直流電壓U_{ref_re}；

步驟4：依據(jù)所述待直流電壓重建換流站的橋臂的直流電壓輸出設(shè)定值U_ref0、所述直流電壓U_dc和所述附加輸出的直流電壓U_{ref_re}，計(jì)算得到所述換流站的橋臂的實(shí)際投入直流電壓設(shè)定值U_ref；所述柔直系統(tǒng)依據(jù)該實(shí)際投入直流電壓設(shè)定值U_ref選取功率子模塊的類型和數(shù)量；

步驟5：將所有待直流電壓重建換流站按照相同的直流電壓變化速率，在同一時(shí)刻進(jìn)行升壓；當(dāng)所述換流站的直流電壓U_dc恢復(fù)至直流電壓額定值后，停止進(jìn)行所述附加直流電壓控制；

步驟6：將所述待直流電壓重建換流站切換至正常控制模式，從而完成直流故障后的直流電壓重建。

優(yōu)選的，所述步驟1中判斷所述直流故障是否為瞬時(shí)故障包括第一次判斷、第二次判斷和第三次判斷：

第一次判斷：升高柔直系統(tǒng)中一個(gè)待直流電壓重建換流站的直流電壓設(shè)定值，將所述待直流電壓重建換流站作為本站，其余待直流電壓重建換流站作為對(duì)站，觀察所述本站和對(duì)站的直流電流大小和直流電壓偏置情況：

若所述本站和對(duì)站中任一換流站的直流電流隨直流電壓升高而升高，或者發(fā)生直流電壓偏置且偏置隨直流電壓升高而增大，則直流故障未結(jié)束，將直流電壓設(shè)定值降為0執(zhí)行第二次判斷；若所述本站和對(duì)站中任一換流站的直流電流不隨直流電壓升高而升高，或者不發(fā)生 直流電壓偏置，則直流故障結(jié)束，將直流電壓設(shè)定值為0執(zhí)行步驟2；

第二次判斷：等待預(yù)置時(shí)間后，重新升高本站的直流電壓設(shè)定值，觀察本站和對(duì)站的直流電流大小和直流電壓偏置情況；若直流故障未結(jié)束，將直流電壓設(shè)定值降為0執(zhí)行第三次判斷；若直流故障結(jié)束，將直流電壓U_dc降為0執(zhí)行步驟2；

第三次判斷：等待預(yù)置時(shí)間后，再次重新升高本站的直流電壓設(shè)定值，觀察本站和對(duì)站的直流電流大小和直流電壓偏置情況；若直流故障未結(jié)束，則直流故障類型為永久故障不執(zhí)行步驟2；若直流故障結(jié)束，將直流電壓降U_dc為0執(zhí)行步驟2；

優(yōu)選的，所述步驟3中附加直流電壓控制包括：

將待直流電壓重建換流站的直流電流實(shí)測(cè)值i_dc與直流電流設(shè)定值進(jìn)行比較，通過控制器對(duì)二者的誤差進(jìn)行處理，得到換流站橋臂需要附加輸出的直流電壓U_{ref_re}；所述控制器為PI控制器；

優(yōu)選的，所述步驟3中附加直流電壓控制的控制周期的取值確定原則為每次投退功率子模塊后，直流電壓U_dc的變化量引起的柔直系統(tǒng)電流振蕩幅值Δi_dc≤ε，其中ε為足夠小的值；

優(yōu)選的，所述步驟4中實(shí)際投入直流電壓設(shè)定值U_ref＝U_{ref_re}+U_ref0+U_dc；

所述直流電壓輸出設(shè)定值U_ref0的數(shù)值與柔直系統(tǒng)在直流故障穿越后半橋子模塊解鎖運(yùn)行時(shí)的直流電壓輸出設(shè)定值的數(shù)值相同。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是：

1、本發(fā)明提供的一種基于混合拓?fù)鋼Q流器的柔直系統(tǒng)直流故障恢復(fù)方法，具有較強(qiáng)的魯棒性，直流電壓重建期間不會(huì)引起柔直系統(tǒng)間的能量波動(dòng)；適應(yīng)性強(qiáng)，實(shí)施簡(jiǎn)單易行；能夠?yàn)槟K化多電平換流器在架空線方式下直流輸電領(lǐng)域的運(yùn)用所借鑒；

2、本發(fā)明提供的一種基于混合拓?fù)鋼Q流器的柔直系統(tǒng)直流故障恢復(fù)方法，同樣適用于多端直流系統(tǒng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1：本發(fā)明實(shí)施例中一種基于混合拓?fù)鋼Q流器的柔直系統(tǒng)直流故障恢復(fù)方法流程圖；

圖2：本發(fā)明實(shí)施例中子模塊混合型模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：本發(fā)明實(shí)施例中附加直流電壓控制原理示意圖；

圖4：本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)際投入直流電壓設(shè)定值的產(chǎn)生原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供的一種基于混合拓?fù)鋼Q流器的柔直系統(tǒng)直流故障恢復(fù)方法的實(shí)施例如圖1所示，具體為：

本發(fā)明中混合拓?fù)鋼Q流器的功率子模塊包括全橋子模塊和半橋子模塊，當(dāng)柔直系統(tǒng)在直流故障穿越后混合拓?fù)鋼Q流器的控制狀態(tài)為半橋子模塊全部閉鎖，全橋子模塊正常運(yùn)行，此時(shí)柔直系統(tǒng)的直流電壓U_dc控制故障點(diǎn)殘壓值，達(dá)到抑制短路電流的目的，最嚴(yán)重的故障情況下此時(shí)直流電壓U_dc＝0。本實(shí)施例中以圖2所示的雙端混合拓?fù)錇槔?，?dāng)直流側(cè)發(fā)生雙極短路故障時(shí)，柔直系統(tǒng)直流故障恢復(fù)方法的具體步驟為：

一、判斷直流故障是否結(jié)束，若直流故障結(jié)束則將直流電壓U_dc降為0。若直流故障結(jié)束則判斷為瞬時(shí)故障，那么繼續(xù)執(zhí)行步驟二進(jìn)行柔直系統(tǒng)恢復(fù)，若通過三次判斷直流故障仍未結(jié)束則認(rèn)為是永久故障，那么根據(jù)柔直系統(tǒng)的需要停運(yùn)或者一直運(yùn)行在直流故障穿越后的控制狀態(tài)，不執(zhí)行步驟二進(jìn)行柔直系統(tǒng)恢復(fù)。

本實(shí)施例中判斷直流故障是否為瞬時(shí)故障包括第一次判斷、第二次判斷和第三次判斷。其中，

1、第一次判斷

升高柔直系統(tǒng)中一個(gè)待直流電壓重建換流站的直流電壓設(shè)定值，將該待直流電壓重建換流站作為本站，其余待直流電壓重建換流站作為對(duì)站，觀察本站和對(duì)站的直流電流大小和直流電壓偏置情況：

若本站和對(duì)站中任一換流站的直流電流隨直流電壓升高而升高，或者發(fā)生直流電壓偏置且偏置隨直流電壓升高而增大，則直流故障未結(jié)束，將直流電壓設(shè)定值降為0執(zhí)行第二次判斷；

若本站和對(duì)站中任一換流站的直流電流不隨直流電壓升高而升高，或者不發(fā)生直流電壓偏置，則直流故障結(jié)束，將直流電壓設(shè)定值為0執(zhí)行步驟二。

2、第二次判斷

等待預(yù)置時(shí)間后，重新升高本站的直流電壓設(shè)定值，觀察本站和對(duì)站的直流電流大小和直流電壓偏置情況，本實(shí)施例中預(yù)置時(shí)間唯一設(shè)置為100ms：

若直流故障未結(jié)束，將直流電壓設(shè)定值降為0執(zhí)行第三次判斷；

若直流故障結(jié)束，將直流電壓U_dc降為0執(zhí)行步驟二。

3、第三次判斷

等待預(yù)置時(shí)間后，再次重新升高本站的直流電壓設(shè)定值，觀察本站和對(duì)站的直流電流大小和直流電壓偏置情況，本實(shí)施例中預(yù)置時(shí)間唯一設(shè)置為100ms；

若直流故障未結(jié)束，則直流故障類型為永久故障不執(zhí)行步驟二；

若直流故障結(jié)束，將直流電壓U_dc降為0執(zhí)行步驟二。

二、解鎖每個(gè)待直流電壓重建換流站橋臂中的半橋子模塊。即取消電容電壓平衡中投入半橋子模塊數(shù)為0的設(shè)置，使橋臂投入功率子模塊的選擇排序范圍由全橋子模塊變?yōu)槿珮蚝桶霕蜃幽K。

三、對(duì)所有待直流電壓重建換流站的橋臂進(jìn)行附加直流電壓控制，確定換流站橋臂需要的附加輸出的直流電壓U_{ref_re}。

本實(shí)施例中附加直流電壓控制包括：

如圖3所示，將待直流電壓重建換流站的直流電流實(shí)測(cè)值i_dc與直流電流設(shè)定值進(jìn)行比較，通過控制器對(duì)二者的誤差進(jìn)行處理，得到換流站橋臂需要附加輸出的直流電壓U_{ref_re}；本實(shí)施例中控制器為PI控制器。

附加直流電壓控制的控制周期的取值確定原則為每次投退功率子模塊后，直流電壓U_dc的變化量引起的柔直系統(tǒng)電流振蕩幅值Δi_dc≤ε，其中ε為足夠小的值。

四、依據(jù)待直流電壓重建換流站的橋臂的直流電壓輸出設(shè)定值U_ref0、直流電壓U_dc和附加輸出的直流電壓U_{ref_re}，計(jì)算得到換流站的橋臂的實(shí)際投入直流電壓設(shè)定值U_ref；

柔直系統(tǒng)依據(jù)該實(shí)際投入直流電壓設(shè)定值U_ref選取功率子模塊的類型和數(shù)量。

如圖4所示，本實(shí)施例中實(shí)際投入直流電壓設(shè)定值U_ref＝U_{ref_re}+U_ref0+U_dc，直流電壓輸出設(shè)定值U_ref0的數(shù)值與柔直系統(tǒng)在直流故障穿越后半橋子模塊解鎖運(yùn)行時(shí)的直流電壓輸出 設(shè)定值的數(shù)值相同。

五、將所有待直流電壓重建換流站按照相同的直流電壓變化速率，在同一時(shí)刻進(jìn)行升壓；當(dāng)所述換流站的直流電壓U_dc恢復(fù)至直流電壓額定值后，停止進(jìn)行附加直流電壓控制。

本實(shí)施例中對(duì)所有待直流電壓重建換流器在同一時(shí)刻升壓，通過集控系統(tǒng)統(tǒng)一控制，將各換流站的直流電壓由0升高至額定直流電壓值，在升壓過程中，附加直流電壓控制環(huán)節(jié)抑制換流站之間的直流電流的振蕩。

六、將待直流電壓重建換流站切換至正?？刂颇Ｊ?，從而完成直流故障后的直流電壓重建。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域譜通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。