本發(fā)明屬于柔性高壓直流輸電系統(tǒng)直流故障保護(hù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種對稱雙極mmc直流側(cè)單極接地故障穿越和恢復(fù)方法。

背景技術(shù)：

由于能源短缺和環(huán)境保護(hù)等問題日益凸顯，風(fēng)力和太陽能等新型可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的比例逐漸增加。在我國，風(fēng)能、太陽能等能源大多集中在偏遠(yuǎn)地區(qū)，造成了能源和負(fù)荷的地理位置分布不均衡，需要長距離、大容量輸送電能。在應(yīng)用于長距離，大容量輸電時，高壓交流輸電系統(tǒng)的成本和無功損耗隨著輸電距離的增加迅速增加。因此，高壓直流輸電技術(shù)逐漸引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，并得到了迅速的發(fā)展。

基于電壓源型變換器vsc(voltagesourceconverter)的高壓直流輸電hvdc(high-voltagedirect-current)技術(shù)相對于傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)具有：無需無功補償、沒有換相失敗風(fēng)險，可以獨立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無功功率等優(yōu)勢，引起了國內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的兩電平和三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，模塊化多電平換流器mmc(modularmultilevelconverter)具有結(jié)構(gòu)高度模塊化、易于擴(kuò)展、無需多繞組隔離變壓器和輸出電壓諧波低等優(yōu)點，已在實際工程中得到應(yīng)用，如美國的transbay工程、中國的舟山五端柔性直流輸電工程。

對稱雙極接線方案是目前mmc-hvdc系統(tǒng)主要的主接線方案之一。對稱雙極mmc相比對稱單極mmc具有運行方式靈活、輸送容量大、可靠性高、雙極獨立可控等優(yōu)點。對稱雙極mmc在直流側(cè)正負(fù)極中點接地，正負(fù)極相對獨立。當(dāng)系統(tǒng)的一極因故障退出運行時，另一極仍能正常運行，并保持一半的額定輸送容量。當(dāng)前已投運的對稱雙極直流輸電工程有廈門柔性直流輸電工程。

然而，對稱雙極mmc直流側(cè)極對地故障的保護(hù)仍然是實際工程中的重大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的mmc-hvdc系統(tǒng)中多采用器件少、造價經(jīng)濟(jì)的半橋子模塊hbsm(half-bridgesm)。由于hbsm不具有直流故障自清除能力，則系統(tǒng)會產(chǎn)生過大的故障電流。這不僅會對換流器的器件造成損害，還會對交流系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，影響交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)有技術(shù)中，處理對稱雙極mmc直流側(cè)單極接地故障主要有以下幾種方法：

1)采用具有直流故障清除能力的子模塊。在直流側(cè)發(fā)生單極接地故障后，子模塊立即閉鎖。通過子模塊電容建立反向電壓迫使故障電流迅速衰減。但這種方法采用的子模塊相比于半橋mmc需要額外的開關(guān)器件使得建設(shè)費用較高，運行損耗較大。故障期間，換流器閉鎖對交流系統(tǒng)的功率沖擊大。

2)采用高壓直流斷路器。當(dāng)直流側(cè)發(fā)生單極接地故障時，直流斷路器執(zhí)行開斷操作以開斷直流故障電流。采用這種方法在故障期間，由于故障極退出運行，導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸?shù)念~定有功功率損失了一半，使得有功功率缺額大。同時，在直流斷路器嘗試重合閘時，若重合閘失敗，則故障極相當(dāng)于發(fā)生“二次短路”，巨大的浪涌電流應(yīng)力將危害換流器安全運行。

綜上所述，采用高壓直流短路器處理對稱雙極mmc發(fā)生單極接地故障時，存在有功功率缺額大，重合閘時浪涌電流應(yīng)力大的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了對稱雙極mmc直流極對地故障的穿越方法和恢復(fù)策略，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)在直流側(cè)極對地故障期間有功功率缺額大以及直流斷路器重合閘時浪涌電流應(yīng)力大的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種對稱雙極mmc直流側(cè)單極接地故障穿越和恢復(fù)方法。本發(fā)明所適用的直流輸電系統(tǒng)包括包含兩個連接變壓器，兩個mmc和兩條直流母線，對稱雙極mmc在直流側(cè)正負(fù)極中點接地。所述mmc包含a、b、c三相，每相包含上、下兩個橋臂，每個橋臂由n個半橋子模塊級聯(lián)，串接一個橋臂電感構(gòu)成。所述半橋子模塊由兩個igbt及兩個反并聯(lián)的二極管，連接一個電容構(gòu)成，所述半橋子模塊還包括一個用于故障保護(hù)的晶閘管。所述的每條直流母線均串接一臺平波電抗器和一臺直流斷路器；假定在所述的正極發(fā)生單極接地故障，則稱正極為故障極，負(fù)極為健全極。其特征在于，包括如下步驟：

(1)判別mmc直流側(cè)是否發(fā)生單極接地故障；

是則執(zhí)行以下動作：發(fā)出故障極mmc閉鎖信號，使故障極mmc所有半橋子模塊內(nèi)igbt全部關(guān)斷，以阻斷所述半橋子模塊電容的放電通路；發(fā)出半橋子模塊的旁路晶閘管導(dǎo)通信號，旁路所述半橋子模塊內(nèi)反并聯(lián)的二極管，以保護(hù)反并聯(lián)二極管；對故障極的直流斷路器發(fā)出斷開指令，阻斷交流電網(wǎng)的短路通路；

否則系統(tǒng)繼續(xù)處于穩(wěn)態(tài)控制模式；

所述mmc指模塊化多電平換流器；

(2)當(dāng)母線直流故障電流衰減到零之后，發(fā)出故障極mmc解鎖信號，使故障極轉(zhuǎn)入statcom運行模式，向交流側(cè)持續(xù)提供無功支撐；

(3)當(dāng)直流母線去游離過程結(jié)束，即恢復(fù)絕緣水平時，對直流母線上的直流斷路器發(fā)出重合閘信號；

(4)判別故障極直流母線的浪涌電流應(yīng)力是否過大；

是則表明暫時性故障未被清除，向所述直流斷路器發(fā)出重新斷開信號，隔離故障點；轉(zhuǎn)步驟(5)；

否則表明暫時性故障已被清除，向故障極mmc發(fā)出逐步恢復(fù)功率傳輸信號，使其轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)控制模式；轉(zhuǎn)結(jié)束；

(5)判斷所述直流斷路器通過電流超過額定值的次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)定過流次數(shù)；是則使mmc保持statcom運行模式，直流短路器不再進(jìn)行重合閘嘗試，轉(zhuǎn)結(jié)束；否則轉(zhuǎn)步驟(1)；預(yù)設(shè)定過流次數(shù)取2～3次。

本發(fā)明提供的對稱mmc單極接地故障的穿越方法和恢復(fù)策略是通過換流器和直流斷路器協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)的。故障期間，閉鎖換流器，開斷直流斷路器以保護(hù)故障極換流器的安全運行。在考慮多約束條件的限制下，通過健全極和故障極的有功功率和無功功率協(xié)調(diào)配合，使健全極短時運行于過載狀態(tài)，減小系統(tǒng)在故障期間的功率缺額。同時，使故障極運行于statcom狀態(tài)以向交流側(cè)持續(xù)提供無功支撐和減小對交流系統(tǒng)的沖擊。通過對mmc換流器上、下橋臂參考電壓共模分量的主動控制，可有效降低因直流斷路器重合閘失敗產(chǎn)生的浪涌電流上升率。

優(yōu)選地，所述步驟(2)包括以下子步驟：

(2-1)根據(jù)換流變壓器容量、mmc橋臂通流能力、半橋子模塊均壓、子模塊電容電壓波動和直流線路過載能力約束條件，求得所述健全極mmc的有功功率和無功功率運行區(qū)域；在該有功功率和無功功率運行區(qū)域內(nèi)，調(diào)整健全極mmc穩(wěn)定運行工作點，使其運行于短時過載，以盡可能多的傳輸有功功率，從而彌補單極接地故障的功率缺額；

(2-2)向所述故障極mmc發(fā)出在故障期間傳輸兩倍的額定無功功率信號，使所述健全極mmc在穩(wěn)態(tài)下所需傳輸?shù)念~定無功功率由故障極mmc來承擔(dān)。

優(yōu)選地，所述步驟(2-1)中所述換流變壓器容量的限制條件為：

換流器所傳輸?shù)挠泄β蕄、無功功率q和換流變壓器的傳輸容量smax滿足：

p²+q²＜smax²；

其中，有功功率p、無功功率q分別為從pcc流向mmc的有功與無功功率，smax為換流變壓器的最大傳輸容量。

優(yōu)選地，所述步驟(2-1)中所述mmc橋臂通流能力的限制條件為：

各橋臂電流滿足：

其中，ilim為子模塊中各igbt的最大通流能力，udc為單個mmc的直流母線電壓，usm為交流母線電壓幅值；整流方向為正方向。

優(yōu)選地，所述步驟(2-1)中各半橋子模塊均壓的限制條件為：

各橋臂電流的直流分量必須小于交流分量；即有功功率p和無功功率q滿足：

優(yōu)選地，所述各子模塊內(nèi)電容電壓波動的限制條件為：

mmc穩(wěn)態(tài)運行時，子模塊的電容電壓波動不能超過最大允許范圍，即：

其中，n為子模塊數(shù)量，c為子模塊電容值，uc為子模塊額定電壓，k為內(nèi)電勢調(diào)制比，子模塊電容電壓波動百分比其最大值為εmax。換流器所傳輸?shù)臒o功功率qc為q與交流側(cè)等效電感l(wèi)所消耗的無功功率之差即xl為交流側(cè)等效電感的感抗xl＝ωl，ω為角頻率。

優(yōu)選地，所述步驟(2-1)中所述直流線路過載能力滿足：

直流電流不能超過直流線路的短時過載能力極限，即

其中，idc為直流母線電流，idc_max為直流線路短時過載能力極限。

優(yōu)選地，所述步驟(2-1)、步驟(2-2)之后，還執(zhí)行以下步驟：

(2-3)在mmc上、下橋臂參考電壓上疊加附加電壓使mmc上、下橋臂電壓為：所述疊加附加電壓降低浪涌電流的上升率，以避免換流器因重合閘失敗導(dǎo)致的過大的電流浪涌應(yīng)力給系統(tǒng)安全運行帶來的風(fēng)險；

其中，δ為pcc點內(nèi)電勢ev相對于交流母線電壓us的相位差，idc為故障直流母線電流(整流方向為正方向)，為直流電流參考值，r(r>0)為阻尼系數(shù),up_up為mmc上橋臂電壓，up_down為mmc下橋臂電壓；若直流斷路器重合閘成功，則由于直流平波電抗的存在，idc不會出現(xiàn)浪涌電流，故取直流電流參考值若直流斷路器重合閘失敗，則浪涌電流idc迅速上升。

本發(fā)明中，當(dāng)直流斷路器重合閘失敗時，可通過換流器的主動控制抑制(即有源阻尼控制)系統(tǒng)產(chǎn)生的巨大的浪涌電流應(yīng)力。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1.通過直流斷路器和換流器的配合實現(xiàn)了對直流故障電流的開斷，保護(hù)換流器的安全運行。故障消除后，實現(xiàn)了直流電壓的建立和功率的恢復(fù)。

2.故障期間，使健全極在滿足換流變壓器容量、橋臂通流能力、半橋子模塊均壓需求、子模塊電容電壓波動和直流線路過載能力幾個方面的約束條件下，運行于短時過載狀態(tài)，以盡可能多的傳輸有功功率，從而彌補單極接地故障的功率缺額，同時使故障極傳輸換流站所需的全部額定無功功率。通過健全極和故障極的有功功率和無功功率配合減小了故障期間換流站的有功功率缺額，同時向電網(wǎng)提供額定的無功功率，減小了故障對交流系統(tǒng)的沖擊。

3.在故障期間，通過對mmc上、下橋臂參考電壓共模分量的主動控制，有效的降低了浪涌電流的上升率，避免了換流器因重合閘失敗導(dǎo)致的過大的電流浪涌應(yīng)力給系統(tǒng)安全運行帶來的風(fēng)險。

4.由于基于對稱雙極的mmc在直流側(cè)正負(fù)極中點接地，直流側(cè)發(fā)生雙極短路的可看成是正負(fù)極直流母線分別發(fā)生單極接地故障的一種特殊情況。因此，本發(fā)明所提出的基于對稱雙極mmc的直流側(cè)單極接地故障穿越及恢復(fù)策略同樣適用于對稱雙極的mmc直流側(cè)發(fā)生雙極短路故障。

附圖說明

圖1是雙端對稱雙極mmc柔性直流系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D；

圖2是對稱雙極的半橋mmc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及單極接地故障示意圖；

圖3直流側(cè)單極接地故障穿越及恢復(fù)策略流程圖；

圖4是浪涌電流應(yīng)力優(yōu)化控制框圖；

圖5是故障期間有功功率p和無功功率q可運行范圍示意圖；

其中，圖5(a)考慮換流變壓器容量與橋臂通流能力的限制的有功功率和無功功率可運行范圍示意圖；圖5(b)考慮換流變壓器容量與子模塊電容電壓波動的限制的有功功率和無功功率可運行范圍示意圖；圖5(c)考慮換流變壓器容量與直流線路過載能力的限制的有功功率和無功功率可運行范圍示意圖；

圖6是多限制因素下故障期間健全極與故障極有功無功功率運行范圍示意圖；

圖7是未引入浪涌電流應(yīng)力優(yōu)化控制的對稱雙極半橋型mmc直流故障穿越仿真結(jié)果；其中，圖7(a)代表故障極，圖7(b)代表健全極。

其中，圖7(a1)是故障極直流母線電壓(kv)、圖7(a2)是故障極直流母線電流(ka)、圖7(a3)是故障極pcc點傳輸?shù)挠泄εc無功功率(mw/mvar)、圖7(a4)是故障極交流側(cè)電流(ka)、圖7(a5)是故障極上下橋臂子模塊電容電壓(kv)、圖7(a6)是故障極六個橋臂電流(ka)；圖7(b1)是健全極直流母線電壓(kv)、圖7(b2)是健全極直流母線電流(ka)、圖7(b3)是健全極pcc點傳輸?shù)挠泄εc無功功率(mw/mvar)、圖7(b4)是健全極交流側(cè)電流(ka)、圖7(b5)是健全極上下橋臂子模塊電容電壓(kv)、圖7(b6)是健全極六個橋臂電流(ka)；

圖8是引入浪涌電流應(yīng)力優(yōu)化控制策略的對稱雙極半橋型mmc直流故障穿越仿真結(jié)果。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明以雙端對稱雙極mmc為例敘述對稱雙極mmc單極接地故障穿越及恢復(fù)策略。圖1是雙端對稱雙極mmc系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D，包含兩個換流站。每個換流站均采用對稱雙極主接線方式，如圖2所示。對稱雙極mmc在直流側(cè)正負(fù)極中點接地，包含兩個連接變壓器，兩個mmc和兩條直流母線。每條直流母線均串接一臺平波電抗器和一臺直流斷路器；每個mmc包含a、b、c三相，每相包含上、下兩個橋臂，每個橋臂由n個半橋子模塊級聯(lián)，串接一個橋臂電感構(gòu)成。半橋型mmc的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示。半橋子模塊由兩個igbt及兩個反并聯(lián)的二極管、連接一個電容構(gòu)成，所述的半橋子模塊還包括一個用于故障保護(hù)的晶閘管。假定在所述的正極發(fā)生單極接地故障，則稱正極為故障極，負(fù)極為健全極。

本發(fā)明所述故障穿越及恢復(fù)策略涉及到換流器與直流斷路器的協(xié)調(diào)配合如圖4所示，具體包括以下步驟：

(1)判別mmc直流側(cè)是否發(fā)生單極接地故障，是則執(zhí)行以下動作：發(fā)出故障極mmc閉鎖信號，使故障極mmc所有半橋子模塊內(nèi)igbt全部關(guān)斷，以阻斷所述半橋子模塊電容的放電通路；發(fā)出半橋子模塊的旁路晶閘管導(dǎo)通信號，旁路所述半橋子模塊內(nèi)反并聯(lián)的二極管，以保護(hù)反并聯(lián)二極管；對故障極的直流斷路器發(fā)出斷開指令，阻斷交流電網(wǎng)的短路通路；否則系統(tǒng)繼續(xù)處于穩(wěn)態(tài)控制模式；所述mmc指模塊化多電平換流器；

(2)當(dāng)母線直流故障電流衰減到零之后，發(fā)出故障極mmc解鎖信號，使故障極轉(zhuǎn)入statcom運行模式，向交流側(cè)持續(xù)提供無功支撐；

(3)當(dāng)直流母線去游離過程結(jié)束(即恢復(fù)絕緣水平)時，對直流母線上的直流斷路器發(fā)出重合閘信號；

(4)判別故障極直流母線的浪涌電流應(yīng)力是否過大；是則表明暫時性故障未被清除，向所述直流斷路器發(fā)出重新斷開信號，隔離故障點；轉(zhuǎn)步驟(5)；否則表明暫時性故障已被清除，向故障極mmc發(fā)出逐步恢復(fù)功率傳輸信號，使其轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)控制模式；轉(zhuǎn)結(jié)束；

(5)判斷所述直流斷路器通過電流超過額定值的次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)定過流次數(shù)；是則使mmc保持statcom運行模式，直流短路器不再進(jìn)行重合閘嘗試，轉(zhuǎn)結(jié)束；否則轉(zhuǎn)步驟(1)；預(yù)設(shè)定過流次數(shù)取2～3次。

作為一種優(yōu)化方案，所述步驟(2)包括以下子步驟：

(2-1)根據(jù)換流變壓器容量、mmc橋臂通流能力、半橋子模塊均壓、子模塊電容電壓波動和直流線路過載能力約束條件，求得所述健全極mmc的有功功率和無功功率運行區(qū)域；在該有功功率和無功功率運行區(qū)域內(nèi)，調(diào)整健全極mmc穩(wěn)定運行工作點，使其運行于短時過載，以盡可能多的傳輸有功功率，從而彌補單極接地故障的功率缺口；

(2-2)向所述故障極mmc發(fā)出在故障期間傳輸兩倍的額定無功功率信號，使所述健全極mmc在穩(wěn)態(tài)下所需傳輸?shù)念~定無功功率由故障極mmc來承擔(dān)。

作為一種優(yōu)化方案，所述步驟(2-1)中所述換流變壓器容量的限制條件為：

換流器所傳輸?shù)挠泄β蕄、無功功率q和換流變壓器的傳輸容量smax滿足：

p²+q²＜smax²；

其中，有功功率p、無功功率q分別為從公共連接點pcc(pointofcommoncoupling)流向mmc的有功與無功功率，smax為換流變壓器的最大傳輸容量。

作為一種優(yōu)化方案，所述步驟(2-1)中所述mmc橋臂通流能力的限制條件為：

各橋臂電流滿足：

其中，ilim為子模塊中各igbt的最大通流能力，udc為單個mmc的直流母線電壓，usm為交流母線電壓幅值；整流方向為正方向。(//注：這里功率代表方向，整流方向為正方向描述更加準(zhǔn)確，這樣寫大家會知道的。//)

作為一種優(yōu)化方案，所述步驟(2-1)中各半橋子模塊均壓的限制條件為：

各橋臂電流的直流分量必須小于交流分量；即有功功率p和無功功率q滿足：

作為一種優(yōu)化方案，各子模塊內(nèi)電容電壓波動的限制條件為：

mmc穩(wěn)態(tài)運行時，子模塊的電容電壓波率不能超過最大允許范圍，即：

其中，n為子模塊數(shù)量，c為子模塊電容值，uc為子模塊額定電壓，k為內(nèi)電勢調(diào)制比，子模塊電容電壓波動百分比其最大值為εmax。換流器所傳輸?shù)臒o功功率qc為q與交流側(cè)等效電感l(wèi)所消耗的無功功率之差即xl為交流側(cè)等效電感的感抗xl＝ωl，ω為角頻率。

作為一種優(yōu)化方案，所述步驟(2-1)中所述直流線路過載能力滿足：

直流電流不能超過直流線路的短時過載能力極限，即

其中，idc為直流母線電流，idc_max為直流線路短時過載能力極限。

作為一種優(yōu)化方案，所述步驟(2-1)、步驟(2-2)之后，還執(zhí)行以下步驟：

(2-3)在mmc上、下橋臂參考電壓上疊加附加電壓使mmc上、下橋臂電壓為：所述疊加附加電壓降低浪涌電流的上升率，以避免換流器因重合閘失敗導(dǎo)致的過大的電流浪涌應(yīng)力給系統(tǒng)安全運行帶來的風(fēng)險；

其中，δ為pcc點內(nèi)電勢ev相對于交流母線電壓us的相位差，idc為故障直流母線電流(整流方向為正方向)，為直流電流參考值，r(r>0)為阻尼系數(shù),up_up為mmc上橋臂電壓，up_down為mmc下橋臂電壓；若直流斷路器重合閘成功，則由于直流平波電抗的存在，idc不會出現(xiàn)浪涌電流，故取直流電流參考值若直流斷路器重合閘失敗，則浪涌電流idc迅速上升。

本發(fā)明提供的對稱雙極mmc單極接地故障的穿越方法和恢復(fù)策略是通過mmc和直流斷路器協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)的。故障期間，mmc閉鎖，開斷直流斷路器以保護(hù)故障極換流器的安全運行。在考慮多約束條件的限制下，通過健全極和故障極的有功功率和無功功率協(xié)調(diào)配合，使健全極短時運行于過載狀態(tài)，減小系統(tǒng)在故障期間的功率缺額。同時，使故障極運行于statcom狀態(tài)以向交流側(cè)持續(xù)提供無功支撐和減小對交流系統(tǒng)的沖擊。通過對mmc換流器上、下橋臂參考電壓共模分量的主動控制，有效降低因直流斷路器重合閘失敗產(chǎn)生的浪涌電流上升率。

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的對稱雙極半橋型mmc單極接地故障穿越和恢復(fù)策略進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實例采用張北柔性直流輸電工程的數(shù)據(jù)，子模塊結(jié)構(gòu)均采用半橋型子模塊的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)參數(shù)為：直流母線額定電壓為500kv，額定功率為1500mw，橋臂電感為80mh，每個橋臂包含218個子模塊數(shù)，子模塊電容為15mf，子模塊額定電壓為2.294kv。變壓器采用y0/△聯(lián)結(jié)方式，網(wǎng)側(cè)/閥側(cè)變比(l-l,rms)為525/260kv，額定阻抗標(biāo)幺值為15％，額定容量1700mva。假定穩(wěn)態(tài)期間每一極換流器向交流側(cè)提供450mvar的無功功率，即每一極的穩(wěn)態(tài)運行工作點為p(1500mw,-450mvar)。本發(fā)明以故障發(fā)生在正直流母線處為例，如圖2。

分析mmc有功功率和無功功率運行區(qū)域范圍：換流變壓器容量、橋臂通流能力、半橋子模塊均壓、子模塊電容電壓波動、直流線路過載能力分別由以下表達(dá)式確定：p²+q²＜smax²、

采用架空線作為雙端對稱雙極mmc直流輸電線路。在檢測到單極接地故障后，故障極mmc換流器切換到故障穿越控制模式：故障極換流器立即閉鎖，并導(dǎo)通半橋子模塊的旁路晶閘管，同時直流斷路器立即執(zhí)行開斷操作。當(dāng)直流故障電流衰減到零之后，故障極換流器解鎖，轉(zhuǎn)入statcom的運行模式。

故障期間，健全極在考慮多限制因素的條件下短時過載，故障極傳輸換流站全部的額定無功功率。同時，故障期間，在上、下橋臂參考電壓上疊加附加電壓uz，上、下橋臂電壓為：

當(dāng)直流輸電線路去游離過程結(jié)束，由于采用架空傳輸線，直流側(cè)單極接地故障多為非永久性故障，故本實例進(jìn)行了兩次電壓恢復(fù)嘗試。若出現(xiàn)巨大的浪涌電流應(yīng)力，直流斷路器重新斷開，隔離故障點；若沒有出現(xiàn)巨大的浪涌電流應(yīng)力，故障極mmc逐步恢復(fù)功率傳輸，最終轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)控制模式。同時，判斷直流母線電流超過直流母線電流額定值次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)定過流次數(shù)，若是，則mmc保持當(dāng)前狀態(tài)，直流短路器不再進(jìn)行重合閘嘗試；否則直流斷路器重新斷開，重復(fù)以上步驟。

由換流變壓器容量、橋臂通流能力、半橋子模塊均壓、子模塊電容電壓波動、直流線路過載能力的約束條件可得有功功率和無功功率的運行區(qū)域，如圖5所示。結(jié)果表明：mmc的有功功率和無功功率可運行范圍與橋臂通流能力、子模塊電容電壓波動最大值和直流線路過載能力成正相關(guān)。取故障期間的多個限制因素的參數(shù)為：mmc橋臂通流最大通流能力為1.1pu，子模塊電容電壓最大允許波動率為1.1pu，直流線路過載能力為1.2pu，則可得到如圖6所示的有功功率和無功功率可運行區(qū)域范圍(陰影區(qū)域為可運行區(qū)域)，結(jié)果表明：直流故障期間，健全極可運行于工作點p2(1700mw,0mvar)，故障極可運行于工作點p1(0mw,-900mvar)。mmc在故障期間可以提供1700mw的有功功率和900mvar的無功功率。故障穿越期間，通過健全極與故障極的有功功率和無功功率的協(xié)調(diào)配合，不僅可以持續(xù)向交流側(cè)提供額定無功支撐，而且能彌補故障極11.76％的功率缺額。

假設(shè)正直流母線在1s時發(fā)生接地短路故障，經(jīng)450ms后故障清除。圖7為基于對稱雙極主接線的半橋型mmc仿真結(jié)果，(a)表示故障極，(b)表示健全極。故障極直流母線電流如圖7(a2)所示，結(jié)果表明：直流斷路器開斷直流故障后，故障電流衰減至零。健全極和故障極的有功功率與無功功率如圖7(a3)和圖7(b3)所示，結(jié)果表明：換流器在故障期間可以提供1700mw的有功功率和900mvar的無功功率。驗證了故障穿越期間通過健全極與故障極的有功和無功功率配合可以持續(xù)向交流側(cè)提供額定無功支撐，而且能彌補故障極11.76％的功率缺額的結(jié)論。健全極上下橋臂子模塊電容電壓和六個橋臂電流如圖7(b5)和圖7(b6)所示，結(jié)果表明：當(dāng)健全極換流器運行于短時過載狀態(tài)時，子模塊電容電壓波動百分比為額定值的1.11倍，mmc橋臂最大電流為額定值的1.104倍，與理論分析基本吻合。健全極和故障極的交流側(cè)電流如圖7(a4)和圖7(b4)所示，結(jié)果表明：整個故障穿越及恢復(fù)控制，平滑，快速，無沖擊。

直流斷路器隔離直流故障后，經(jīng)300ms時間去游離，然后進(jìn)行重合閘。由于此時，直流故障尚未被清除，因此會產(chǎn)生巨大的浪涌電流應(yīng)力。結(jié)果如圖7(a)所示。結(jié)果表明：如果系統(tǒng)故障重合閘失敗，若不加入浪涌電流優(yōu)化控制策略，電壓階躍和電流浪涌電流應(yīng)力大；同時，系統(tǒng)的功率和橋臂電壓波動也很大，給系統(tǒng)的安全運行帶來風(fēng)險。

引入浪涌電流優(yōu)化控制后，針對不同的阻尼系數(shù)r，對系統(tǒng)的浪涌電流應(yīng)力進(jìn)行了對比仿真。仿真結(jié)果如圖8所示。結(jié)果表明：隨著阻尼系數(shù)r的增大，直流斷路器在重合閘失敗后引起的浪涌電流應(yīng)力逐漸減小，這充分驗證了所提出的優(yōu)化策略的有效性。然而，進(jìn)一步可以發(fā)現(xiàn)，隨著阻尼系數(shù)r的增大，對浪涌電流的抑制效果逐漸降低。這是由于半橋型mmc的橋臂電壓輸出范圍為：0≤uarm≤udc。隨著阻尼系數(shù)r的增大，附加電壓uz逐漸增大，使得上、下橋臂的參考電壓達(dá)到輸出能力的極限，從而使得對浪涌電流的抑制效果降低。

直流斷路器檢測到浪涌電流后重新隔離直流故障。再次經(jīng)過300ms的去游離時間后，直流斷路器第二次嘗試進(jìn)行重合閘，最終系統(tǒng)恢復(fù)成功。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。