一种混合型MMC受端故障下直流电压自适应调节方法

本发明涉及直流输电领域，具体涉及一种混合型mmc受端故障下直流电压自适应调节方法。

背景技术：

1、模块化多电平换流器具有模块化程度高、输出谐波低和控制自由度高等特点，已广泛应用于新能源远距离、大容量柔性直流送出系统。对于由送端换流站建立新能源侧交流电压和频率、受端换流站向交流电网送电的双端系统，受端换流站通常承担直流电压控制功能。

2、当受端换流站交流侧发生短路故障时，交流电压下降，受端有功功率送出能力受故障程度、电流限幅和序分量控制约束而迅速降低。由于故障检测、站间通信及控制切换存在延时，送端在故障初期仍可能维持故障前的功率注入，使直流侧输入功率大于受端交流侧输出功率。所形成的盈余能量进入mmc子模块电容，导致子模块电压和站间直流电压上升，严重时会触发过压保护或换流站闭锁。

3、现有故障穿越措施主要包括配置大容量耗能装置、降低送端新能源功率、设置附加储能单元或固定比例降低直流电压。大容量耗能装置存在设备容量大、占地和散热要求高的问题；送端功率降低受通信延时影响，难以覆盖故障初期；附加储能单元增加绝缘、热管理和寿命管理成本；固定比例降压则未同时考虑故障严重程度和换流阀本体储能裕度，可能出现降压不足或过度降压。

4、因此，本发明提出一种通过快速获取的故障特征量为依据、能够连续确定直流电压参考值，并充分利用mmc子模块电容短时储能能力的受端故障穿越方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种混合型mmc受端故障下直流电压自适应调节方法，以解决受端交流故障期间直流侧和交流侧功率不平衡引起的子模块过压及直流过压问题，并降低耗能装置容量需求和故障恢复过程中的电压波动。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种混合型mmc受端故障下直流电压自适应调节方法，

3、s1：采集受端换流站交流侧三相电压，对采集得到的三相电压进行处理，提取正序交流电压幅值；

4、s2：根据子模块电容允许储能、预设故障持续时间以及受端交流侧输出功率，建立直流电压参考值与所述正序交流电压幅值之间的自适应关系；

5、s3：在受端交流故障期间，按照s2中所述自适应关系降低受端直流电压，并利用子模块电容暂存系统产生的盈余能量；

6、s4：实时监测子模块储能状态，当子模块能量达到阈值时，投入主动能量控制，待站间通信建立完成后，协同送端换流站与耗能装置共同参与系统功率平衡控制；

7、s5：故障清除后，对直流电压执行斜坡恢复控制，逐步释放子模块电容中暂存的盈余能量，完成故障穿越恢复。

8、作为优选的，s1中所述提取正序交流电压幅值具体包括：将受端交流侧三相电压变换至

α、

β两相静止坐标系，并采用四分之一工频周期延时法分离正序电压和负序电压，所述正序交流电压幅值由正序

α轴电压和正序

β轴电压的平方和开方得到，具体表达式如下：

9、

10、式中，表示正序交流电压幅值；和分别表示正序电压分量的

α和

β轴分量。

11、3.根据权利要求1所述的一种混合型mmc受端故障下直流电压自适应调节方法，其特征在于：所述s2中建立直流电压参考值与正序交流电压幅值自适应映射关系的依据为：受端交流故障发生后，受端mmc输出交流功率立即下降，在抑制负序电流、仅输出正序平衡电流的工况下，受端mmc交流输出平均功率由正序电压幅值与换流器电流限值共同约束；而正序电压幅值大小能够直接反映故障期间受端换流站的交流功率输出能力，因此在故障期间直接调整直流电压，从而快速降低受端换流站的盈余功率。

12、作为优选的，s2中所述预设故障持续时间以100ms作为受端交流故障穿越评估时间窗口，该时间尺度覆盖了故障检测、控制切换及保护清除过程中的主要暂态能量积累阶段，结合子模块电容允许的电压运行区间，计算故障允许的最大储能，通过能量平衡求解得到不同正序电压跌落深度对应的直流电压参考值，其中，直流电压关于正序电压幅值的对应关系表达式为：

13、

14、式中，

udc表示直流电压关于正序电压幅值。

15、作为优选的，所述主动能量控制投入后，当子模块总电容能量

wmmc达到阈值时，通过修正直流电流指令或直流电压指令限制后续能量输入，使子模块总电容能量维持在允许范围内；故障清除后，所述主动能量控制逐步退出，并释放故障期间暂存的盈余能量，所述修正直流电流指令或直流电压指令限制后续能量输入具体表达式为：

16、

17、式中，表示直流电压指令值；

kp和

ki分别表示功率外环pi控制器的控制参数；

wmmc表示换流站储存能量大小。

18、作为优选的，受端检测到交流故障后，依据正序电压幅值更新直流电压参考值，并向送端发送故障及降额信息；送端换流站接收到信号后切换为定直流电流控制，其外环在原构网控制基础上引入定子模块电压控制和功率控制；通过送端换流站的配合，能够保证对直流侧功率的控制，同时也能防止送端换流站的盈余功率对子模块电压充电导致子模块电压越限。

19、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行基于故障严重程度自适应直流电压调节的混合型mmc受端故障穿越方法。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、其一，区别于依赖站间通信交互故障信号的传统故障穿越方案，本发明利用受端本地采集的正序交流电压幅值直接表征交流故障严重程度，无需等待站间通信报文，即可快速计算生成直流电压参考值，解决故障初期通信延时带来的控制响应滞后问题。

22、其二，相较于传统固定比例直流电压降压策略，本发明首先将正序电压幅值作为降压的判断依据，其次将 mmc 子模块电容允许储能裕度作为约束条件，从而建立直流电压自适应关系，根据故障实际严重程度动态调整降压幅值，有效规避固定降压模式下降压不足引发子模块过压，或是过度降压带来系统运行工况剧烈扰动的问题。

23、其三，和传统单一依靠耗能装置或者送端直接降功率的处理方式不同，本发明实现多环节分时序协同控制：故障暂态初期依靠受端本地自适应控制与子模块电容吸收盈余能量，规避站间通信未建立阶段的功率失衡；待通信链路建立后，再联动送端换流站与耗能装置共同完成功率平衡。充分挖掘换流阀本体储能潜力，且不依赖直流耗能装置，能够降低系统对耗能装置的设备容量、散热及占地的工程需求。

24、其四，区别于故障清除后直流电压直接阶跃回额定值的传统恢复策略，本发明采用直流电压斜坡回升、耗能装置分组退出的恢复机制，配合子模块暂存盈余能量有序释放，避免故障清除瞬间能量集中释放造成直流电压二次冲击，提升故障恢复阶段直流电网运行稳定性。