子模块故障下CrMMC 型高压直流系统的保护设计和容错控制.PDF

第 34 卷 第 8 期 电 力 自 动 化 设 备 Ｖｏｌ．34 Ｎｏ．8 ２０ 14 年 8 月 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Aug. ２０ 14 子模块故障下 C MMC 型高压直流系统的 鄄 保护设计和容错控制 薛英林 ，徐 政 ，张哲任 ，刘 高任 （浙 江 大 学 电气工程 学院 ，浙 江 杭 州 310027 ） 摘 要 ： 从 子模 块级 、换 流 器级和 系统级 3 个层 次上设 计 了基 于箝位 双子模 块 （CDSM ）的新 型模 块化 多电平换 流器（MMC）的冗余保护控制策略 。 提 出了基 于双 晶 闸管保 护策略 ，其 中一个 晶 闸管稳 态长期导通 来分担二极 管 电流 以减 少损耗 ，并分析 了子模 块 的失效机 制 。 设计 了改进 型最近 电平调制和 电容 电压平衡 策略 。 该方 法 动 态调 节 电容 电压参考值 ，通过 引入故 障 因子对 电容 电压 测量值进行修 正 以防止故 障元件参 与投切 。 利 用 3 次谐 波注入调制 、变压 器分接 头档位控制和有功无功调 节等手段 ，优化提 高动 态备 用子模 块数 目和增 强 系统 不 间断功率运行 能力 。 在 PSCAD／ EMTDC 中搭 建每桥臂 105 个子模 块 的仿 真模 型 ，仿 真结果表 明 ：引入 双 晶 闸管保 护策略后 ，整 流侧 和逆 变侧 二极 管总损耗 分别下降 9.8 % 和 5.3 % ；即使 36 个模 块 电容切 除后 ，系统仍 可正 常运行 ，且换 流 器桥臂 环流的增量不超过额 定值 的 5 % 。 关 键 词 ： 模 块化 多 电平换 流 器 ； 高压 直流输 电 ； 箝位 双子模 块 ； 子模 块故 障 ； 容错 ； 双 晶 闸管 ； 动 态备 用 ； 故 障 因子 中图分 类号 ： TM 46 ； TM 72 1.1 文献标识码 ： A DOI ： 10.3969／ j .issn.1006－6047.20 14.08.0 16 0 引言 模块难免 出现故 障 ，若 不采取相应措施 ，将影 响换 流 器 的正 常运行甚 至引起 系统非计划停运 。 因此有必 采用半桥子模块级联技术 的模块化 多 电平换 流 要研究 MMC 子模块失效保 护机制 和容错控制策 略 。 器 MMC （Modular Multilevel Converter ），对 器件一致 文献 ［2 1］设计 了冷备用 与热备用子模块相结合 的冗 触发动态均压要求低 ，易于模块化设计 、安装 和维护 ， 余保 护方案 。 文献 ［22 ］从优化平衡 子模 块 投切频率 且输 出电平高 波形好 无需配置专 门的交流滤波器 、 ， ［1鄄10 ］ ， 的角度 ， 提 出了冷备用 与热备用子模块 实 时调 整方 是 目前柔性直流输 电系统最 主流 的换 流器拓扑 。 案 但难 以避免冷热备用 电容充放 电的暂态转化过程 然而 由于存在二极管续 流效应 直流侧发 ， 。 ，