一种改善级联型混合直流换相失败穿越能力的控制方法

本发明涉及混合直流输电技术领域，具体为一种改善级联型混合直流换相失败穿越能力的控制方法。

背景技术：

混合直流输电由于结合了常规直流(lcc-hvdc)与柔性直流(vsc-hvdc)两种各自的优点，近年来已经成为直流输电技术的重要发展方向。受端级联混合直流输电(如图1)的整流站由2组12脉动lcc串联构成，逆变站由1组12脉动换相换流器(lcc)和电压源换流器(vsc)并联组串联构成，并将低端vsc扩展为多个vsc并联并落点于不同区域电网，在增加混合直流系统传输功率的同时，多落点结构也同时有利于工程的分期建设(图中mmc为模块化多电平换流器，属于vsc的一种)。而受端换流站由于多个vsc换流站并联后再与lcc换流站级联，实际已经形成了多端系统，赋予了多个vsc逆变站功率分配的能力。

当受端交流系统发生短路故障时，受端高端lcc换相失败、lcc阀旁通后直流电流对低端vsc电容充电，另外受端交流故障引起vsc传出功率能力受阻，这两个因素叠加将导致vsc系统过压。此时如果无应对措施，vsc阀将很快超过器件耐压耐流能力。

以下文献中虽记载有相关的应对措施：

文献1：直流电网组合式故障限流装置及其运行策略研究[刘泽洪,王绍武,种芝艺,黄勇,郭贤珊,肖鲲,刘杉,李探,赵文强.适用于混合级联特高压直流输电系统的可控自恢复消能装置[j].中国电机工程学报,2021,41(02):514-524.]。

文献2：基于虚拟电感的故障电流抑制控制策略[lix,liz,zhaob,etal.hvdcreactorreductionmethodbasedonvirtualreactorfaultcurrentlimitingcontrolofmmc[j].ieeetransactionsonindustrialelectronics,2019.]。

但是，文献1中的相关措施需要额外安装故障电流抑制装置，增加了工程投资。文献2中的相关措施则无法应用于级联型混合直流。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种应用范围更广，适用性更高的改善级联型混合直流换相失败穿越能力的控制方法，且不需要安装额外的限流装置，能够大大提升经济性。

技术方案如下：

一种改善级联型混合直流换相失败穿越能力的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在给定运行方式下，提取系统运行参数；所述运行参数包括直流电压udcn，换流器的等效电感leq，平波电抗器电感值ld，每个桥臂正常运行时的子模块数量nin；并计算得到系统的直流电感ldc：

ldc＝leq+2ld；

步骤2：引入表示子模块投入的比例的换流器开关系数kc，表达式为：

其中，n′in表示需要投入的子模块数量；kc的取值范围为[0，1.1]，正常运行时开关系数kc的值为1，最大限幅值为1.1；

步骤3：设定直流电流上升率的阈值为故障电流最大上升率的一半，即为udcn/2ld；

步骤4：当检测直流电流上升率超过阈值udcn/2ldc时，改变所有mmc的开关系数kc为其最大限幅值，即投入逆变侧所有mmc换流器全部子模块；

步骤5：当检测到直流电流上升率为0时，即电流恢复至正常时，切换所有mmc的开关系数kc为正常值1，即所有mmc投入的子模块数量为正常运行时的nin；

步骤6：经过200ms～300ms的故障穿越时间后，系统恢复运行。

本发明的有益效果是：

1)相比于文献1，本发明仅依靠vsc本身结构就可以实现，不需要安装额外的限流装置，大大提升了经济性。

2)相比于文献2，本发明考虑了lcc与vsc级联的混合直流系统，应用范围更广，适用性更高。

附图说明

图1为多落点受端级型联混合直流系统。

图2为无子模块主动支撑控制的mmc直流电流。

图3为有子模块主动支撑控制的mmc直流电流。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明可通过所提出的子模块主动支撑技术改善级联型混合直流换相失败穿越能力，具体过程如下：

步骤1：在给定运行方式下，提取系统相关运行参数，包括直流电压udcn，换流器的等效电感leq，平波电抗器电感值ld；每个桥臂正常运行时的子模块数量nin；并计算得到系统的直流电感ldc:

ldc＝leq+2ld；

其中参数udcn、等效电感leq和平波电抗器电感值ld为系统固定参数，一般可以给定。

步骤2：引入换流器的开关系数kc，其物理意义为子模块投入的比例，表达式为

其中，n′in表示需要投入的子模块数量。kc的一般取值范围为[0,1.1]，正常运行时开关系数kc的值为1，当所有子模块被旁路时，kc的值为0，最大限幅值为1.1。

步骤3：并设定直流电流上升率的阈值为故障电流最大上升率的一半，即为udcn/2ldc。

设定逆变侧三个mmc换流站的开关系数为可控值，通过检测直流电流的上升率来改变开关系数值kc，从而控制子模块投入数量。子模块投入的数量决定了mmc的分流能力，在故障电流较大时，投入较多的子模块数量，可以增大mmc的阻抗，从而降低换相失败时的mmc的短路电流。

开关系数kc的取值原则：开关系数分为正常运行时的取值与故障电流过大时的取值两种取值。正常运行时，需要投入子模块数量n′in等于nin以输送额定功率，此时kc取值设为kc_normal，数值为1.0。当故障电流潮流设定的阈值值，需要投入子模块数量n′in，此时kc取值设为最大限幅值kc_fault，最大限幅值取决于逆变器mmc的子模块的总数量，为保证一定的裕度，一般该数值设为1.1，此时要改变投入的子模块数量，n′in等于1.1nin。

步骤4：当检测到直流电流上升率超过阈值udcn/2ldc时，改变所有mmc的开关系数kc为其最大限幅值kc_fault，即投入逆变侧所有mmc换流器全部子模块。

步骤5：当检测到直流电流上升率为0时，即电流恢复至正常时，切换所有mmc的开关系数kc为正常值1.0，即所有mmc投入的子模块数量为正常运行时的nin。

步骤6：经过200ms～300ms的故障穿越时间后，系统恢复运行。

下面以如图1所示级联型混合直流为例进行计算并验证。

设置t＝3s时交流系统发生故障，期间三个换流站的无子模块主动支撑控制(自动改变开关系数)的仿真结果与有子模块主动支撑控制(自动改变开关系数)分别如图2和图3所示。

可见有子模块主动支撑控制的故障电流较小，能够改善级联型混合直流换相失败故障穿越能力，减少故障电流过流，为其他限流或泄能策略提供支持，证明所提策略有效。