一种基于虚拟电抗的MMC直流故障限流方法

一种基于虚拟电抗的mmc直流故障限流方法
技术领域
1.本发明属于直流输配电领域，尤其涉及一种基于虚拟电抗的mmc直流故障限流方法。


背景技术：

2.基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,mmc)的柔性直流输、配电技术具有不存在换向失败，有功、无功独立控制等优势，是解决大规模可再生能源远距离汇集送出的有效手段。由于直流电网的阻尼系数较低，一旦直流侧发生短路故障，mmc子模块电容将迅速放电，故障电流快速增加，危害系统中电力电子器件的安全。
3.目前直流电网大都采用直流断路器进行隔离故障，而具有较大开断电流的高速大容量直流断路器制造困难且成本较高。因此，减小直流故障电流是实现柔性直流配电网大规模使用的关键。目前减小故障电流的方法大都是附加限流装置，如限流电抗器、超导限流器或者固态限流器，而限流装置的安装大大增加了直流电网的投资成本，同时过大的限流电抗器会严重影响系统的动态性能。因此需要设计简单可靠的mmc限流方法，抑制直流故障电流，减小直流断路器的开断要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供一种基于虚拟电抗的mmc直流故障限流方法，基于现有mmc基本控制策略，将桥臂中的虚拟电抗通过反馈函数映射到控制器中，等效增大桥臂电抗，对mmc桥臂电压参考值进行修正，通过减小mmc的输出直流电压实现直流故障电流的抑制。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
6.步骤1：利用电流传感器实时测量mmc每相的上、下桥臂电流，记为i
pj
、i
nj
，根据该相的上、下桥臂电流计算出该相的平均电流变化率,具体计算方法为：将测得的桥臂电流经微分环节后得到桥臂电流变化率，再将其相加后与1/2相乘，便的得到每一相的平均电流变化率。
7.步骤2：将上述计算得到的平均电流变化率经滞环比较器后得到动作信号，当平均电流变化率大于动作值时比较器输出值为1，当平均电流变化率小于返回值时比较器输出值为0。
8.步骤3：根据mmc系统电路参数设定微分系数k
d
的大小，用k
d
的值反映虚拟电抗大小；再将di
j
/dt与微分系数k
d
及滞环比较器的动作信号相乘得到桥臂电压偏差修正量δu
comj*
，即
9.步骤4：将桥臂电压偏差修正量δu
comj*
叠加到桥臂参考电压上对其进行修正，得到最终用于调制的桥臂参考电压，有其中,u
pj
、u
nj
分别为mmc基础控制下的
每相上、下桥臂参考电压。
10.本发明通过以上4个步骤，能实现mmc系统直流侧发生短路故障时对故障电流进行有效抑制。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)所述直流系统在正常运行时，每相平均电流变化率为零，限流控制环节不作用，故障发生后电流快速上升，限流控制环节自动启动，对桥臂参考电压分别进行修正，实现故障电流的主动抑制；(2)本发明引入虚拟电抗，并非物理电抗，只需加入一个控制环节便可发挥电抗器的作用，实现故障电流的有效抑制，减小mmc的投资成本。
附图说明
11.图1为柔性直流电网中mmc的基本控制方法；图2为mmc桥臂虚拟电抗限流控制框图。
具体实施方式
12.以下将结合附图对本发明涉及的一种基于虚拟电抗的mmc直流故障限流方法做进一步详细说明。应当理解，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的使用与保护范围。
13.本发明所要解决的技术问题采用虚拟电抗控制方法，基于mmc的基本控制策略，将桥臂中新增的虚拟电抗通过反馈函数映射到控制器中，等效增大桥臂电抗，通过对mmc桥臂电压参考值进行修正，减小mmc的输出直流电压实现直流故障电流的抑制。本发明采用的技术方案如下：
14.步骤1：首先利用电流传感器实时测量mmc每相的上、下桥臂电流，记为i
pj
、i
nj
(j＝a,b,c),根据该相的上、下桥臂电流计算出该相的平均电流变化率di
j
/dt,如图2所示，首先将测得的桥臂电流经微分环节后得到桥臂电流变化率，再将其相加后与1/2相乘，便的得到每一相的平均电流变化率，有：在所述直流系统正常运行时，每相的上下桥臂电流相位相反，平均电流变化率为零，在所述直流系统发生故障时，平均电流变化率快速升高。
15.步骤2：为了防止系统正常运行时虚拟电抗限流环节误启动而影响系统的正常运行，将每相的平均电流变化率di
j
/dt经滞环比较器后得到动作信号，当平均电流变化率大于动作值时比较器输出值为1，当平均电流变化率小于返回值时比较器输出值为0。
16.步骤3：根据mmc系统电路参数设定微分系数k
d
的大小，用k
d
的值反映虚拟电抗大小；再将di
j
/dt与微分系数k
d
及滞环比较器的动作信号相乘，得到虚拟电抗在故障电流下的压降，将其作为桥臂电压偏差修正量δu
comj*
，有
[0017][0018]
步骤4：如图2所示，将桥臂参考电压减去桥臂电压偏差修正量δu
comj*
后得到修正后的桥臂电压参考值，即最终用于调制的桥臂参考电压，有
[0019][0020]
其中，u
pj
、u
nj
分别为每相上、下桥臂参考电压，由mmc基本控制方法产生，具体原理如图1所示，其中，u
dc
为mmc直流侧电压，u
j
为mmc的交流参考电压，故障后桥臂电流快速升高，桥臂电压偏差修正量δu
comj*
增大，用于调制的桥臂参考电压降低，进而使mmc输出的直流电压降低，实现直流故障电流的抑制。
[0021]
需要说明的是以上4个步骤整体作为发明内容，4个步骤是不可分割的整体。
[0022]
本发明提供一种基于虚拟电抗的mmc直流故障限流方法，具有的优势如下：
[0023]
1.本发明引入虚拟电抗，在所述直流系统正常运行时，mmc同一相上下桥臂电流相位相反，每相的平均电流变化率为零，限流控制不会作用；在所述直流系统发生故障后，mmc桥臂电流快速上升，限流控制自动作用，分别对每相桥臂参考电压进行修正，通过减小mmc输出直流电压，便可实现故障电流的主动抑制，每相桥臂电压可以实现独立控制且无需控制器切换控制。
[0024]
2.本发明所提虚拟电抗并非物理电抗，只在mmc基本控制中增加了一个限流控制环节便可实现故障电流的有效抑制，因此mmc装置的体积与投资成本不会因此而增加，同时限流控制不会影响mmc内部电气特征。
[0025]
以上所述为本发明的一种具体实施方式及优点，但本发明的保护范围并不仅仅局限与此。对于本技术领域的普通技术人员来说在基本上不脱离本发明描述的技术精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出变化和修改，这些变化与修改也应视为本发明的保护范围。