多端柔性直流输电系统直流故障保护策略.pdf

第３４卷 第１２期 电工 电能新 技 术 Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１２ ２０１５年１２月 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｃ． ２０１５ 多端柔性直流输电系统直流故障保护策略 １，２ １ １ １ 罗永捷 ，李耀华 ，李子欣 ，王　 平 （１． 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室， 中国科学院电工研究所，北京 １００１９０； ２． 中国科学院大学，北京 １０００４９） 摘要：直流故障保护是多端柔性直流输电系统的一个关键性问题。 本文在全桥型模块化多电平换 流器的基础上，提出适用于多端直流输电系统的换流器级和系统级直流故障保护策略。 根据全桥 型模块拓扑特性，换流阀闭锁实现故障电流快速清除；然后换流器等效为双星型级联 Ｈ桥 ＳＴＡＴ⁃ ＣＯＭ并联运行，为故障清除和隔离开关动作隔离故障点提供条件；最后转换换流器运行模式完成 多端柔性直流输电系统的快速恢复。 在ＰＳＣＡＤ／ ＥＭＴＤＣ 中搭建了三端柔性直流输电系统仿真模 型，分析了直流故障和系统重新启动的运行特性，仿真结果证明了控制策略的有效性。 关键词：多端柔性直流输电；直流故障；全桥型模块化多电平换流器；短时闭锁；ＳＴＡＴＣＯＭ并联 运行 中图分类号：ＴＭ７２　 　 　 　 　 文献标识码：Ａ　 　 　 文章编号：１００３⁃３０７６（２０１５）１２⁃０００１⁃０６ 交流断路器属于机械开关，响应速度慢；发生短路故 １　 引言 障且断路器未分断期间，故障点等效为交流电网三 与基于晶闸管相控换流器的传统直流输电技术 相短路，急剧增大的短路电流对交流系统稳定性和 （ＬＣＣ⁃ＨＶＤＣ）相比，基于电压源型换流器的柔性直 换流阀的安全有严重影响；此外，清除故障后，直流 流输电（ＶＳＣ⁃ＨＶＤＣ）具有不存在换相失败风险、潮 系统重新恢复功率输送需要预充电、解锁等复杂的 流反转时直流电压极性不变、有功和无功独立解耦 时序配合。 上述问题使得工程中通常采用造价昂贵 控制等诸多优点，有较高的经济性和灵活性，非常适 的电缆作为输电线路以降低故障率，阻碍了多端柔 ［１⁃４］ ［８⁃１２］ 于构建多端系统 。 多端柔性直流输电（ＭＴＤＣ） 性直流输电的发展和应用 。 系统具有多个受端和送端，能够将分布式能源输送 基于上述原因，直流短路故障保护日益成为多 至多个负荷中心，具有传输损耗低、潮流控制灵活、 端柔性直流输电系统的研究热点。 德国学者Ｒａｉｎｅｒ ［５⁃７］ 能够连接异步电网且易于扩展等优点 。 世界首 Ｍａｒｑｕａｒｄｔ将ＭＭＣ拓扑分为：①半桥型ＨＢ⁃ＭＭＣ，功 个多端柔性直流输电系统———中国广东南澳大规模 率半导体器件少、损耗低，但是缺乏直流故障穿越能 海上风电接入示范工程已于２０１３年底投入运行。 力；②全桥型 ＦＢ⁃ＭＭＣ 和双钳位子模块型 ＤＣ⁃ 直流短路故障是柔性直流输电系统最严重的故 ＭＭＣ，具备直流故障穿越能力，但功率半导体器件 障之一。 一方面，当前工程中常用的两电平或三电 多、损耗较高。 文献［１３］研究了ＤＣ⁃ＭＭＣ 的直流故 平ＶＳＣ和半桥型模块化多电平换流器（ＨＢ⁃ＭＭＣ） 障穿越机理，即模块电容在故障回路提供的反电势 无法实现直流短路故障的快速清除；另一方面，适用