適用于MMC型直流變壓器的直流故障主動限流控制方法

丁 然, 梅 軍, 管 州, 趙劍鋒

(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院, 江蘇省南京市 210096)

0 引言

高壓大功率直流變壓器作為不同電壓等級之間線路互聯(lián)以及新能源并網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備[1],是構(gòu)建柔性直流電網(wǎng)的重要技術(shù)保障。近年來,國內(nèi)外學(xué)者將已經(jīng)在高壓直流(high voltage DC,HVDC)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)技術(shù)[2-3]與高壓大功率直流變換技術(shù)相結(jié)合,提出了MMC型直流變壓器(MMC based DC transformer,MMC-DCT)拓?fù)?在未來HVDC電網(wǎng)中具有良好的應(yīng)用前景[4]。

實際運行中,由于直流電網(wǎng)的低慣量和弱阻尼特性,因此HVDC電網(wǎng)耐受直流短路故障的能力較差,系統(tǒng)故障傳播速度較快,對系統(tǒng)控制響應(yīng)時間要求更短。雖然典型HVDC電網(wǎng)一般配置直流斷路器,但其電力電子器件數(shù)量隨直流電壓和電流等級的升高呈現(xiàn)幾何級增長趨勢[5],系統(tǒng)成本大幅增加,因此依靠MMC-DCT自身結(jié)構(gòu)和控制對直流故障電流進行限制已成為熱點問題[6]。在文獻[7]的基礎(chǔ)上,文獻[8]通過分析傳統(tǒng)采用半橋子模塊結(jié)構(gòu)的MMC-DCT直流故障特性,得出可以通過MMC-DCT自身閉鎖原副邊兩側(cè)MMC實現(xiàn)直流故障隔離和故障電流自清除的結(jié)論。另外通過對橋臂電感支路的優(yōu)化,也可使MMC-DCT在檢測到直流故障后通過轉(zhuǎn)移故障電流流經(jīng)支路來隔離故障[9]。國內(nèi)外學(xué)者通過對子模塊或換流器拓?fù)溥M行優(yōu)化[10-11],提出僅需故障側(cè)MMC閉鎖就能清除故障電流的一系列改進型MMC-DCT[4,12-14]。

以上研究需要對直流故障進行識別,因而換流器閉鎖信號或故障電流支路轉(zhuǎn)移信號一般滯后于故障發(fā)生后幾毫秒才發(fā)出。……