一种mmc-hvdc系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法
【专利摘要】一种MMC?HVDC系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法，为计算直流单极接地故障后各桥臂处于导通状态的电容电压之和uci与放电电流ifi，将电容放电回路等效为三个独立的RLC二阶零输入放电回路进行简化分析，然后对uci计算公式中的指数函数，根据逼近程度选取函数关于中性点等效电阻R的函数θ和λ在不同的闭锁延时时间范围t，对应的取值区域，确定中性点等效电阻R的取值，从而确定联接变阀侧中性点电阻的参数。应用该方法可减少直流单极故障引起的桥臂电容放电，为实际工程设计提供参考。
【专利说明】
一种MMG-HVDG系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法
技术领域
[0001] 本发明主要涉及MMC-HVDC系统技术领域，尤其涉及MMC-HVDC系统联接变阀侧中性 点电阻参数设计方法。
【背景技术】
[0002] 模块化多电平换流器高压直流输电（modular multilevel converter based HVDC，丽C-HVDC)作为一种新型输电技术，凭借其模块化、低谐波含量、低损耗、可向无源网 络供电等优势受到广泛关注，在大规模风电场并网、电网互联、城市配电网增容等方面具有 广阔的适用前景。目前已投运的MMC-HVDC工程有美国的Trans Bay Cable工程、中国的上海 南汇风电场示范工程、南澳三端柔性直流示范工程、舟山五端柔性直流输电工程、厦门三端 柔性直流输电工程等。
[0003] 直流输电系统直流侧典型故障有双极短路故障、单极接地故障等，对于双极短路 故障，柔性直流输电系统若采用半桥型子模块拓扑结构，换流器闭锁后无法阻断交流系统 向直流短路点注入的故障电流，因此阻碍了大容量、采用架空线路的丽C-HVDC系统的发展。 而对于直流线路，发生单极接地故障较双极短路故障的概率更大。
[0004] 目前MMC-HVDC系统主要的接地方式有直流侧接地和交流侧接地两种，直流侧接地 方式主要有直流正负极母线上分别串联钳位电阻或电容接地，交流侧接地方式主要有联接 变阀侧星形电抗经电阻接地和联接变中性点经电阻接地。对于高电压、大容量的MMC-HVDC 系统，为降低联接变绝缘水平，一般采用交流侧接地方式。针对联接变中性点经电阻接地的 MMC-HVDC系统，现有文献对直流单极接地故障及其控制保护策略主要为定性研究，对直流 单极接地故障桥臂电容放电回路的故障特性研究及与相应保护策略的配合关系研究较少。
[0005] 因此，有必要对联接变中性点经电阻接地的MMC-HVDC系统，直流单极接地故障特 性及与相应保护策略的配合关系进行深入分析，为实际工程设计提供参考。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种MMC-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法，应用该方法 可减少直流单极故障引起的桥臂电容放电，为实际工程设计提供参考。
[0007] 本发明所采用的技术方案为：
[0008] -种MMC-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法，包括以下步骤：
[0009] 1)采用联接变中性点经电阻接地的MMC-HVDC系统，发生单极接地故障时对与故障 极相连的桥臂电容放电回路进行简化，将该桥臂电容放电回路简化为三个RLC二阶零输入 放电回路；
[0010] 2)根据RLC等效二阶零输入放电回路计算方法，得到各桥臂处于导通状态的电容 电压之和Ud与放电电流ifi的计算公式为
其中i = a，b，c; 11。〇为故障发生时刻所有导通子模块 电容电压的初始值，R为联接变阀侧中性点等效电阻，L为放电回路等效电感，C为故障发生 时刻等效电容；中性点接地电流if〇为三相桥臂放电电流之和，if〇的计算公式为
[0011 ] 3)使ucl中的指数函数
?'逼近1，求得此时中性点等效电阻R与闭锁延时 时间t之间的配合关系，其中，0. lms<t<100ms;
[0012] 4)使ucl的指数函数
1逼近0,求得此时中性点等效电阻R与闭锁延时时 间t之间的配合关系，其中，0. lms<t<100ms;
[0013] 5)根据
逼近1的程度和
逼近0的程度，选取
和
在不同的闭锁延时时间t的范围内对应的取值范围来确定中性点等效电阻R的 取值，从而确定联接变阀侧中性点电阻的参数设计；
[0014] 6)将匪C-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻设置为步骤5)中确定的联接变阀侧中 性点电阻数值。
[0015]上述方法中，深入分析了联接变阀侧中性点电阻的参数设计，与闭锁延时时间t保 护策略的配合关系，可定量地为工程实际考虑直流单极接地故障时，联接变阀侧中性点电 阻的参数设计提供参考，减少直流单极故障引起的桥臂电容放电。
[0016] 在所述步骤1)中的RLC二阶零输入放电回路中的R = 3r，L = Lt+Lb，C = Ci = Cm/Ndi， 其中，在简化前的所述桥臂电容放电回路中，r为联接变阀侧中性点电阻，Lb为桥臂电感，Lt 为联接变压器阀侧漏抗，Cm为各桥臂子模块中的电容，U/NdlS桥臂此时所有开通子模块的 等效电容，Ndi为与故障极相连的三相桥臂故障时刻导通的子模块数，i =a，b，c。将直流单极 接地故障的电容放电回路等效为三个独立的RLC二阶零输入放电回路，简化了 uci与i fi计算 过程，便于下一步中性点电阻参数设计分析。
[0017] 在所述步骤3)中，将ucl中的指数函数
的值分区域逼近于1，获得
*在不同取值区域时分别对应的中性点等效电阻R与闭锁延时时间t之间的配合 关系;在所述步骤4)中，将1!"的指数函f
〃的值分区域逼近于0,获得
在不同取值区域时分别对应的中性点等效电阻R与闭锁延时时间t之间的配合关系。对UcH十 算公式中的指数函数，根据逼近程度分区域分析的方法，获得关于中性点等效电阻R的函数 与闭锁延时时间范围t的配合关系，避免了对R与t进行繁琐的函数求极值计算过程，大大简 化了计算。
[0018] 本发明所带来的有益效果为：
[0019] 1、将直流单极接地故障的电容放电回路，等效为三个独立的RLC二阶零输入放电 回路，简化了桥臂处于导通状态的电容电压之和Uca与放电电流算过程，便于下一步中 性点电阻参数设计分析。
[0020] 2、对Uc；1的指数函数，根据逼近程度分区域分析的方法，获得关于中性点等效电阻R 的函数与闭锁延时时间范围t的配合关系，避免了对R与t进行繁琐的函数求极值计算过程， 大大简化了计算。
[0021] 3、深入分析了中性点等效电阻R的参数设计，与闭锁延时时间t保护策略的配合关 系，可定量地为工程实际考虑直流单极接地故障时，联接变阀侧中性点电阻的参数设计提 供参考。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明实施例中MMC-HVDC系统直流单极接地故障电容放电回路及其等效电 路图；
[0023] 图2为本发明实施例中桥臂处于导通状态的电容电压之和Uc；1与中性点接地电流 if〇放电特性曲线。
【具体实施方式】
[0024] -种MMC-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法，包括以下步骤：
[0025] 1)采用联接变中性点经电阻接地的MMC-HVDC系统，发生单极接地故障时对与故障 极相连的桥臂电容放电回路进行简化，将该桥臂电容放电回路简化为三个RLC二阶零输入 放电回路，以直流负极接地故障为例，如附图1所示；
[0026] 2)根据RLC等效二阶零输入放电回路计算方法，得到各桥臂处于导通状态的电容 电压之和Ud与放电电流ifi的计算公式为
1其中i = a，b，c; 1!。〇为故障发生时刻所有导通子模块 电容电压的初始值，R为联接变阀侧中性点等效电阻，L为放电回路等效电感，C为故障发生 时刻等效电容。中性点接地电流if〇为三相桥臂放电电流之和，if〇的计算公式为
[0027] 3)使ucl中的指数函数
逼近1，求得此时中性点等效电阻R与闭锁延时 时间t之间的配合关系；为确保在换流器闭锁前电容电压不会大量放电，ucl中的指数函数
部分中性点等效电阻R与闭锁延时时间t需满足表1所示的配合关系，才能使 尽可能逼近1;表1为函f
逼近于1时，中性点等效电阻R与闭锁延时 时间t需满足的配合关系；其中，函数i s=0t;另外，由于柔性直流输电
，. 系统控制保护系统控制周期一般为lOOus，考虑到中性点电阻短期直流耐压与热应力承受 能力等因素，换流器发生单极接地故障闭锁延时一般不超过100ms;因此，附表1中闭锁延时 时间t的取值范围为0. lms<t< 100ms;
[0028]表1函数0与闭锁延时时间t的配合关系
[0030] 4)使ucl的指数函数 逼近0,求得此时中性点等效电阻R与闭锁延时时 < 间t之间的配合关系;表2为函勠
f逼近于0时，中性点等效电阻R与闭锁延时时间t 需满足的配合关系；其中，函数..
t的取值范围也满足0. lms<t <100ms;
[0031]表2函数A与闭锁延时时间t的配合关系
[0033] 5)根据
'〃逼近1的程度和
f逼近0的程度，选取
和
在不同的闭锁延时时间t的范围内对应的取值范围来确定中性点等效电阻R的 取值，从而确定联接变阀侧中性点电阻的参数设计；
[0034] 6)将匪C-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻设置为步骤5)中确定的联接变阀侧中 性点电阻数值。
[0035]上述方法中，深入分析了中性点等效电阻R的参数设计，与闭锁延时时间t保护策 略的配合关系，可定量地为工程实际考虑直流单极接地故障时，联接变阀侧中性点电阻的 参数设计提供参考，减少直流单极故障引起的桥臂电容放电。
[0036] 在所述步骤1)中的RLC二阶零输入放电回路中的R = 3r，L = Lt+Lb，C = Ci = Cm/Ndi， 其中，在简化前的桥臂电容放电回路中，r为联接变阀侧中性点电阻，Lb为桥臂电感，Lt为联 接变压器阀侧漏抗，Cm为各桥臂子模块中的电容，Cm/Ndl为桥臂此时所有开通子模块的等效 电容，Ndi为与故障极相连的三相桥臂故障时刻导通的子模块数，i =a，b，c。将直流单极接地 故障的电容放电回路等效为三个独立的RLC二阶零输入放电回路，简化了uci与ifi计算过 程，便于下一步中性点电阻参数设计分析。
[0037] 在所述步骤3)中，将ucl中的指数函数
的值分区域逼近于1，获得
在不同取值区域时分别对应的中性点等效电阻R与闭锁延时时间t之间的配合 关系;在所述步骤4)中，将Uc；1的指数函数
的值分区域逼近于0，获得
在不同取值区域时分别对应的中性点等效电阻R与闭锁延时时间t之间的配合关系。对UcH十 算公式中的指数函数，根据逼近程度分区域分析的方法，获得关于中性点等效电阻R的函数 与闭锁延时时间范围t的配合关系，避免了对R与t进行繁琐的函数求极值计算过程，大大简 化了计算。
[0038] 桥臂处于导通状态的电容电压之和Ud与中性点接地电流if〇放电特性如附图2所 示，若根据前述中性点等效电阻R的函数与闭锁延时时间范围t的配合关系，通过对联接变 阀侧中性点电阻的参数设计，使得在to时刻前闭锁换流器，则可尽量降低电容放电水平，维 持故障发生时刻的电容电压值。
[0039] 上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制 本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围 中。
【主权项】
1. 一种MMC-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法，其特征在于：包括以下步 骤： 1) 采用联接变中性点经电阻接地的MMC-HVDC系统，发生单极接地故障时对与故障极相 连的桥臂电容放电回路进行简化，将该桥臂电容放电回路简化为三个RLC二阶零输入放电 回路； 2) 根据RLC等效二阶零输入放电回路计算方法，得到各桥臂处于导通状态的电容电压 之和Ud与放电电流ifi的计算公式其中i = a，b，c; 11。〇为故障发生时刻所有导通子模块电容电压的初始值，R为联接变阀侧 中性点等效电阻，L为放电回路等效电感，C为故障发生时刻等效电容；中性点接地电流if0为 三相桥臂放电电流之和，逼近1，求得此时中性点等效电阻R与闭锁延时时间t 之间的配合关系，其中，0. lms〈t〈100ms;'逼近0,求得此时中性点等效电阻R与闭锁延时时间t之 间的配合关系，其中，0. lms〈t〈100ms;在不同的闭锁延时时间t的范围内对应的取值范围来确定中性点等效电阻R的 取值，从而确定联接变阀侧中性点电阻的参数设计； 6)将匪C-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻设置为步骤5)中确定的联接变阀侧中性点 电阻数值。2. 根据权利要求1所述的一种MMC-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法，其 特征在于:在所述步骤1)中的RLC二阶零输入放电回路中的R= 3r，L = Lt+Lb，C = Ci = Cm/Ndi， 其中，在简化前的桥臂电容放电回路中，r为联接变阀侧中性点电阻，Lb为桥臂电感，L t为联 接变压器阀侧漏抗，Cm为各桥臂子模块中的电容，Cm/N dl为桥臂此时所有开通子模块的等效 电容，Ndi为与故障极相连的三相桥臂故障时刻导通的子模块数，i =a，b，c。3. 根据权利要求1或2所述的一种丽C-HVDC系统联接变阀侧中性点电阻参数设计方法， 其特征在于：在所述步骤3)中，将Uc；1中的指数函数的值分区域逼近于1，获得关系； (在不同取值区域时分别对应的中性点等效电阻R与闭锁延时时间t之间的配合 在所述步骤4)中不同取值区域时分别对应的中性点等效电阻R与闭锁延时时间t之间的配合关系。
【文档编号】G06F17/50GK105930593SQ201610265778
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】彭茂兰, 唐金昆, 梁宁, 王立平
【申请人】中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心