一种适用于混合MMC的自适应比例系数限流控制策略

一种适用于混合mmc的自适应比例系数限流控制策略
技术领域
1.本发明属于高电压技术领域，具体涉及一种基于混合mmc的自适应比例系数限流控制策略。


背景技术：

2.模块化多电平换流器(modular muti-level converter，mmc)具有功率解耦控制、不存在换相失败等技术优势，基于其构成的柔性直流电网是解决大型可再生能源并网和远距离输电问题的有效方式。
3.在地下电缆难以敷设的应用场合，采用架空线传输电能已难以避免。然而，架空线的直流故障率远高于电缆线路，直流电网面临着严峻的故障穿越问题(fault ride-through，frt)。
4.目前柔直工程中较多采用直流断路器(dc circuit breaker，dccb)来处理故障，但dccb成本高，占地面积大，经济性较差。还有学者提出在换流器中配置一定数量全桥子模块，利用全桥子模块的负电压输出能力，抑制故障电流，但需要的全桥子模块比例高于50％，增加了mmc建设成本和运行损耗。基于此，本发明提供了一种基于全桥子模块占比50％的mmc的自适应比例系数限流控制器方案，该限流方案故障清除速度快，降低了成本与运行损耗。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于50％全桥子模块混合mmc的自适应比例系数限流控制策略，该控制策略主要分为以下几个步骤：
6.步骤1：当系统处于稳态时，限流控制策略不投入。
7.步骤2：当系统检测到直流侧发生故障时，换流站中自适应调节桥臂交流电压控制策略投入，mmc桥臂电压交流分量乘以小于1的自适应比例系数k，自适应比例系数k为：
[0008][0009]
其中，i
dcref
为直流电流参考值，故障时设为零值，im为实际故障电流，k
p1
与k
i1
分别为pi控制器的比例积分系数，u
dc
为额定直流电压。
[0010]
mmc桥臂电压交流分量为变为kuj(j＝a,b,c)，uj为外环控制经交流电流矢量控制，再经过park反变换得到的三相交流电压。
[0011]
步骤3：当系统检测到直流侧发生故障时，换流站中自适应调节桥臂直流电压控制策略投入，桥臂电压直流分量u
dc
/2乘以比例系数(k-1)得到故障期间桥臂直流电压参考值(k-1)u
dc
/2。
[0012]
步骤4：自适应比例系数限流控制策略投入后，mmc桥臂电压分量与直流分量都改变，mmc上下桥臂参考电压为：
[0013][0014]
其中j＝a,b,c，u
pj
为三相上桥臂电压参考值，u
nj
为三相下桥臂电压参考，u
circ_j
为三相环流压降。mmc直流侧电压变为(k-1)u
dc
。
附图说明
[0015]
图1为混合型mmc及子模块拓扑结构示意图；
[0016]
图2为自适应比例系数限流控制策略框图；
[0017]
图3为采用了自适应比例系数限流控制策略的mmc电压演变曲线；
[0018]
图4为设定不同最低比例系数k
min
时，故障电流清除过程仿真对比图；
[0019]
图5为采用80％、60％和50％全桥子模块的混合mmc和投入了本文所提限流控制策略的50％全桥子模块的混合mmc故障清除过程仿真对比图。
具体实施方式
[0020]
为进一步阐述本发明的原理，以下结合附图对发明涉及的自适应比例系数限流控制策略进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0021]
图1为混合mmc及其子模块拓扑结构示意图，半桥子模块hbsm只可以输出正电压，全桥子模块fbsm既可以输出正电压也可以输出负电压。正常情况下，全桥子模块履行半桥子模块功能，只输出正电压，故障情况下，利用全桥子模块可以输出负电压能力清除故障。
[0022]
此处以直流侧发生双极短路故障为例来说明自适应比例系数限流控制策略的具体实施步骤。
[0023]
步骤1：正常运行情况下，限流控制策略不投入，系统运行于稳定工况下，直流电流为额定值，整流侧采用定直流电压与定无功功率控制。
[0024]
步骤2：2s时，直流侧发生双极短路故障时，如图4所示，短时间内直流电流迅速上升，2.001s系统检测到直流故障，换流站投入自适应比例系数限流控制。如图2所示，直流电流参考值i
dcref
设定为零值，与直流电流im对比后经过pi控制器输出一个电压增量δu，δu与额定直流电压求和后比上额定直流电压得到比例系数k，k与交流电流矢量控制器输出的三相交流电压相乘，得到三相桥臂交流电压参考值kuj。如图3所示，桥臂电压交流分量降低，此时子模块投入数量减少，为桥臂直流分量的改变留下裕度。
[0025]
步骤:3：与此同时，将比例系数k减去1后与额定桥臂直流电压参考值u
dc
/2相乘，得到三相桥臂直流电压(k-1)u
dc
/2。
[0026]
步骤4：此时，mmc直流侧输出电压为(k-1)u
dc
，小于故障点电压，使故障电流逐渐衰减到零，如图4所示。并随着故障电流逐渐降低，比例系数逐渐恢复到1，三相桥臂电压交流分量变回原先幅值，mmc直流电压变为0，此时可以切除故障线路。
[0027]
如图4所示，设定更小的最低比例系数k
min
，故障清除速度也更快，但时间提升不明显。如图5所示，全桥子模块占比越高，能输出的负的直流电压也越小，故障清除速度越快，
但在全桥子模块占比为50％的基础上，加入所提出的限流控制策略，故障清除速度与全桥比例为80％的混合mmc相近，但所用全桥子模块数量明显降低，换流站建设成本与运行损耗皆有所降低。综上，本文提出的自适应比例系数限流控制策略增强混合型mmc故障清除能力，并降低了换流站成本与运行损耗。
[0028]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于混合mmc的自适应比例系数限流控制策略，其特征在于，针对全桥子模块占比为50％的混合mmc，在换流站控制器中加入自适应调节桥臂交流电压控制策略和自适应调节桥臂直流电压控制策略。该限流控制策略包括以下步骤：步骤1：当系统处于稳态时，限流控制策略不投入。步骤2：当系统检测到直流侧发生故障时，换流站中自适应调节桥臂交流电压控制策略投入，mmc桥臂电压交流分量降低，子模块投入减少，桥臂子模块电容放电电流减小。步骤3：与此同时，自适应调节桥臂直流电压控制策略投入，利用mmc桥臂电压交流分量降低后的未利用子模块裕量，使直流分量变为负值。步骤4：自适应比例系数限流控制策略投入后，mmc直流侧依据故障电流输出负电压，抑制故障电流，加速故障清除过程。2.根据权利要求1所述的一种自适应比例系数限流控制策略，其特征在于保持混合mmc中全桥子模块占比为最低50％的基础上，加速故障清除过程，该控制策略与采用较高比例全桥子模块的混合mmc故障清除方案相比，具有相同或更高的清除速度，可以显著降低建设成本和运行损耗。

技术总结
本发明提供了一种基于全桥子模块占比50％的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的自适应比例系数限流控制器方案。在全桥占比50％的混合型MMC基础上，当直流侧发生故障时按比例自适应调整桥臂电压参考值，使得MMC直流侧能够依据故障电流输出负电压，加速故障清除过程。本发明所提限流控制策略相较于传统全桥高配比的混合MMC故障清除方案，在保证了直流故障清除的有效性的同时，降低了全桥子模块数量，减小了稳态损耗，具有一定的经济性优势。具有一定的经济性优势。具有一定的经济性优势。


技术研发人员：付丰豪 李昊 赵成勇 贾秀芳
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2022.02.22
技术公布日：2022/4/15