本發(fā)明涉及柔性低頻輸電控制，特別是涉及一種半波變頻模塊化多電平變換器的低頻側(cè)故障穿越控制方法。

背景技術(shù)：

1、低頻輸電系統(tǒng)(low?frequency?transmission?system，lfts)通過將交流輸電線路運行頻率由工頻50hz降至低頻50/3hz或20hz，以減少交流輸電線路的電氣距離，提升輸電線路的輸送功率能力，在海上風(fēng)電、“沙戈荒”陸上風(fēng)電光伏等新能源高效大容量匯集送出場景有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、高壓大容量交交換流器是低頻輸電技術(shù)的核心裝備。模塊化多電平矩陣換流器(modular?multilevel?matrix?converter,m3c)作為目前主要的交交換流器拓?fù)浞桨?，已在我國浙江杭州以及臺州柔性低頻輸電工程中獲得示范應(yīng)用。但m3c存在子模塊數(shù)量多和體積重量大的缺點，六邊形變換器(hexverter)、y型模塊化多電平變流器(y-mmc)、九邊形變換器等一系列輕量化的模塊化交交換流器拓?fù)湎嗬^被提出。其中y-mmc與hexverter子模塊數(shù)和主要元件總數(shù)相當(dāng)，均為m3c的75％，但不存在環(huán)流問題和無功約束問題，控制相對簡單；九邊形變換器可視為hexveter的拓展，在三端口ac/ac變換應(yīng)用場景下具有優(yōu)勢。上述新型拓?fù)鋸恼也ㄐ巫儞Q的視角看，均屬于全波變換，即橋臂需調(diào)制生成完整的正弦波或異頻組合波，使得所需子模塊數(shù)量仍然較多，高壓大功率交交換流器功率密度存在進(jìn)一步提升空間。

3、半波變頻模塊化多電平換流器(half-wave?commutated?modular?multilevelconverter，hwc-mmc)不同于上述換流器全波變頻原理，是一種基于半正弦半波變頻思想的新型交交換流器，橋臂僅需調(diào)制生成正弦半波或異頻正弦半波的組合，所需子模塊數(shù)減半，同容量下器件總數(shù)較m3c減少35％以上。傳統(tǒng)m3c橋臂在基頻周期內(nèi)可自然實現(xiàn)平衡，不同于m3c，當(dāng)hwc-mmc應(yīng)用于低頻輸電場景，在送端低頻網(wǎng)側(cè)不對稱故障時，傳統(tǒng)的定交流電壓控制使低頻閥側(cè)電壓呈現(xiàn)不對稱特性，導(dǎo)致hwc-mmc兩側(cè)交流電壓幅值比偏離橋臂能量自然均衡約束，換流器穩(wěn)定運行面臨挑戰(zhàn)。故障期間閥側(cè)過電壓與hwc-mmc能量均衡問題耦合，需要在明確橋臂能量均衡機理的基礎(chǔ)上綜合考慮過電壓抑制和能量均衡控制策略。因此，設(shè)計一種半波變頻模塊化多電平變換器的低頻側(cè)故障穿越控制方法是十分有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種半波變頻模塊化多電平變換器的低頻側(cè)故障穿越控制方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供了一種半波變頻模塊化多電平變換器的低頻側(cè)故障穿越控制方法，包括：

4、低頻側(cè)電網(wǎng)故障發(fā)生后檢測當(dāng)前hwc-mmc低頻網(wǎng)側(cè)處正序、負(fù)序電壓d-q軸分量和正序電流d-q軸分量，基于其判斷電網(wǎng)的不對稱故障類型，并計算低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位；

5、根據(jù)不對稱故障類型、低頻網(wǎng)側(cè)電流相位、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值、低頻網(wǎng)側(cè)電壓幅值及低頻側(cè)端口電壓相位，對故障后hwc-mmc低頻側(cè)電壓參考值進(jìn)行控制切換；

6、根據(jù)不對稱故障類型、低頻網(wǎng)側(cè)電壓幅值及低頻側(cè)端口電壓相位，在hwc-mmc低頻側(cè)控制環(huán)路注入相應(yīng)的零序電壓參考值并進(jìn)行切換。

7、優(yōu)選地，檢測當(dāng)前hwc-mmc低頻網(wǎng)側(cè)處正序、負(fù)序電壓d-q軸分量和正序電流d-q軸分量，基于其判斷電網(wǎng)的不對稱故障類型，并計算電網(wǎng)的低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位，具體為：

8、檢測當(dāng)前hwc-mmc低頻網(wǎng)側(cè)處正序、負(fù)序電壓d-q軸分量和正序電流d-q軸分量；

9、基于當(dāng)前hwc-mmc低頻網(wǎng)側(cè)處正序、負(fù)序電壓d軸分量判斷電網(wǎng)的不對稱故障類型，為：

10、

11、式中，kf為故障類型信號，ussd+、ussd-分別為測量到的hwc-mmc低頻網(wǎng)側(cè)處正序電壓、負(fù)序電壓的d軸分量；

12、將故障后hwc-mmc歸算到變壓器網(wǎng)側(cè)的低頻側(cè)端口正序電流is+相角θi和低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值ulm表示為：

13、

14、式中，issd+、issq+分別為變壓器低頻網(wǎng)側(cè)正序電流的d-q軸分量，ωs為低頻側(cè)角頻率，ls為低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感。

15、優(yōu)選地，根據(jù)不對稱故障類型、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位，對故障后hwc-mmc低頻側(cè)電壓進(jìn)行控制策略切換，具體為：

16、將低頻側(cè)端口電壓us+、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓ul均歸算至變壓器網(wǎng)側(cè)，將低頻側(cè)正序電壓usi的參考值幅值ufm設(shè)為固定值0.58pu，計算hwc-mmc低頻側(cè)端口電壓us+相角θs為：

17、

18、當(dāng)為單相故障時，根據(jù)低頻側(cè)電壓相位關(guān)系改變正序電壓d-q軸分量參考值ussd+_ref、ussq+_ref為：

19、

20、當(dāng)為兩相故障時，根據(jù)低頻側(cè)電壓相位關(guān)系改變正序電壓d-q軸分量參考值ussd+_ref、ussq+_ref為：

21、

22、優(yōu)選地，根據(jù)不對稱故障類型、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位，在hwc-mmc低頻側(cè)控制環(huán)路注入相應(yīng)的零序電壓參考值并進(jìn)行切換，具體為：

23、在hwc-mmc低頻側(cè)控制環(huán)路注入相應(yīng)的零序電壓參考值，其中，零序電壓參考值表示為：

24、

25、式中，ωs為低頻側(cè)角頻率。

26、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

27、本發(fā)明提供了一種半波變頻模塊化多電平變換器的低頻側(cè)故障穿越控制方法，該方法包括低頻側(cè)電網(wǎng)故障發(fā)生后檢測當(dāng)前hwc-mmc低頻網(wǎng)側(cè)處正序、負(fù)序電壓d-q軸分量和正序電流d-q軸分量，基于其判斷電網(wǎng)的不對稱故障類型并計算低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位；根據(jù)不對稱故障類型、低頻網(wǎng)側(cè)電流相位、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值、低頻網(wǎng)側(cè)電壓幅值及低頻側(cè)端口電壓相位，對故障后hwc-mmc低頻側(cè)電壓參考值進(jìn)行控制切換；根據(jù)不對稱故障類型、低頻網(wǎng)側(cè)電壓幅值及低頻側(cè)端口電壓相位，在hwc-mmc低頻側(cè)控制環(huán)路注入相應(yīng)的零序電壓參考值并進(jìn)行切換。這種方法能夠在不引入負(fù)序電流與過電壓的條件下實現(xiàn)hwc-mmc橋臂能量均衡及故障穿越，控制簡單且無需增加額外控制器。

技術(shù)特征：

1.一種半波變頻模塊化多電平變換器的低頻側(cè)故障穿越控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，檢測當(dāng)前hwc-mmc低頻網(wǎng)側(cè)處正序、負(fù)序電壓d-q軸分量和正序電流d-q軸分量，基于其判斷電網(wǎng)的不對稱故障類型，并計算電網(wǎng)的低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)不對稱故障類型、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位，對故障后hwc-mmc低頻側(cè)電壓進(jìn)行控制策略切換，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)不對稱故障類型、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及電網(wǎng)低頻網(wǎng)側(cè)電流相位，在hwc-mmc低頻側(cè)控制環(huán)路注入相應(yīng)的零序電壓參考值并進(jìn)行切換，具體為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種半波變頻模塊化多電平變換器的低頻側(cè)故障穿越控制方法，方法包括：低頻側(cè)電網(wǎng)故障發(fā)生后檢測當(dāng)前HWC?MMC低頻網(wǎng)側(cè)處正序、負(fù)序電壓d?q軸分量和正序電流d?q軸分量，基于其判斷電網(wǎng)的不對稱故障類型，并計算變換器低頻網(wǎng)側(cè)電流相位、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值及低頻側(cè)端口電壓相位，根據(jù)不對稱故障類型、低頻網(wǎng)側(cè)電流相位、低頻側(cè)等效并網(wǎng)電感電壓幅值、低頻網(wǎng)側(cè)電壓幅值及低頻側(cè)端口電壓相位，對故障后HWC?MMC低頻側(cè)電壓參考值進(jìn)行控制切換；根據(jù)不對稱故障類型、低頻網(wǎng)側(cè)電壓幅值及低頻側(cè)端口電壓相位，在HWC?MMC低頻側(cè)控制環(huán)路注入相應(yīng)的零序電壓參考值并進(jìn)行切換。本發(fā)明能夠在不引入負(fù)序電流與過電壓的條件下實現(xiàn)HWC?MMC橋臂能量均衡及故障穿越。

技術(shù)研發(fā)人員：孫玉巍,張澤霖,付超,趙國亮,徐云飛,劉寶,田野,賈辰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)（保定）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10