一种抑制交流故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法。

背景技术

柔性直流输电(VSC-HVDC)是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。柔性直流输电技术具有有功、无功可独立调节，弱电网接入和低电压穿越能力强，低交流滤波及无功补偿需求等特点。模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有具备控制灵活、模块扩展性、开关频率低、谐波含量低等特点。目前，我国已建成的上海南汇柔性直流工程、南澳三端柔性直流工程、舟山五端柔性直流工程、厦门±320kV柔性直流示范工程及张北直流电网工程均采用MMC结构。

交流单相接地故障是电力系统中发生最普遍和最频繁的故障类型。发生交流单相接地故障时，MMC的动态特性会发生较大变化，子模块电容电压波动不可避免地会增大，可能产生器件过电压，导致电力电子器件的损坏。因此探索抑制交流单相接地故障下MMC子模块电容过电压的方法，有助于提高MMC的可靠性，具有重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法，可以有效抑制故障期间MMC换流阀三相桥臂功率的波动，进而降低子模块电容电压波动，有利于降低MMC在故障期间出现子模块过电压的可能性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

首先推导发生交流单相接地故障的三相桥臂瞬时功率表达式，该功率模型考虑了二倍频环流和三倍频电压耦合注入以及二倍频环流在桥臂上产生的二倍频电压，并以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量为基础，建立优化目标函数，根据优化结果确定二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位，最后根据计算的幅值、相位生成控制器所需要的参考信号。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，对注入的二倍频环流进行了幅值和相位的优化设计，最后通过改变调制波信号在三相中注入所计算的二倍频环流和三倍频电压。该方法可以有效抑制换流阀三相桥臂功率的波动，进而降低子模块电容电压波动，有利于降低MMC在故障期间出现子模块过电压的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法的整体系统控制框图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种抑制交流单相接地故障下MMC电容过电压的耦合谐波注入方法，流程图与整体系统控制框图如图1～图2所示，该方法主要包括如下步骤：

1、以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，建立优化目标函数。

本发明实施例中，首先，推导发生交流单相接地故障的三相桥臂瞬时功率表达式，再建立优化目标函数。

1)发生交流单相接地故障时的三相桥臂瞬时功率表达式

发生交流单相接地故障时(以A相单相接地为例)，三相上桥臂电压可以表示为：

其中ω为基波角频率，U

i

其中I

发生交流单相接地故障时，由于故障相无法传输功率，考虑到减少的桥臂电流应力，往往会减少1/3功率的传输，此时三相的上桥臂电流可以分别表示为：

其中

其中I

为了简化表示，作如下定义：

其中k

根据上式和调制比的定义可以将桥臂电压和电流表达式进行简化表示：

由此可得故障后的三相上桥臂瞬时功率的表达式为：

2)以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，建立优化目标函数。主要过程如下：

发生交流单相故障时(以a相单相接地为例)，a相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动为：

对P

P

P

根据上述恒等变换结果，得到P

发生交流单相故障时(以a相单相接地为例)，b相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动为：

对P

P

P

根据上述恒等变换结果，得到P

发生交流单相故障时(以a相单相接地为例)，c相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动为：

对P

P

P

根据上述恒等变换结果，得到P

耦合谐波注入策略的难点在于如何选取注入谐波的幅值和相位。对于特定运行工况(m和

其中

其中，|P

2、以目标函数最小化作为目标进行全局优化，获得最优的二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位。

本发明实施例中，以目标函数最小化作为目标进行全局优化，根据不同的调制比m来确定k

本领域技术人员可以理解，由于目标函数是根据电容电压波动得来的，因此其最小化的解，可以实现电容电压波动的最小化，也即如果注入了最优解的幅值和相位，就能实现目标，具体来说通过设计参数k

3、根据注入的幅值和相位生成参考信号，结合调制算法实现二倍频环流和三倍频电压的注入。

本发明实施例中，获得最优的二倍频环流注入的幅值和相位，也就获得k

如图2所示的系统控制图，下方虚线框中，是k

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。