模塊化多電平換流器直流故障穿越能力評價(jià)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種模塊化多電平換流器直流故障穿越能力評價(jià)方法及系統(tǒng)，屬直流 輸電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流故障是MMC柔性直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行中的一種常見故障，傳統(tǒng)的半橋式子模塊 MMC在直流短路故障發(fā)生時(shí)無法通過自身特性迅速抑制故障電流，必須依靠交流斷路器或 直流斷路器才能清楚故障電流。一方面由于交流斷路器的響應(yīng)時(shí)間較長，有可能導(dǎo)致保護(hù) 不及時(shí)而造成換流器過流損壞;一方面配置直流斷路器提高了對設(shè)備的技術(shù)要求，增加了 系統(tǒng)成本。為解決MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的直流故障穿越問題，2010年德國學(xué)者Rainer Marquardt提出了采用全橋子模塊的MMC和采用巧位雙子模塊的MMC，如圖1所示。該類MMC在 直流短路故障發(fā)生后，能夠通過閉鎖換流器的方式迅速抑制故障電流，達(dá)到保護(hù)換流器自 身不受損害的目的。此后，國內(nèi)外學(xué)者又提出了多種具有直流故障穿越能力的MMC拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，如混合式子模塊MMC、自阻式子模塊MMC等。
[0003] 多種具有直流故障穿越能力拓?fù)涞某霈F(xiàn)，極大的豐富了柔性直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)人 員的選擇，因此需要一個(gè)量化評價(jià)指標(biāo)對各類拓?fù)浣y(tǒng)一考核。有國內(nèi)學(xué)者提出了一種叫做 DFRTI的評價(jià)指標(biāo)，將需評價(jià)拓?fù)涔收想娏鲗r(shí)間的積分與半橋式子模塊MMC故障電流對時(shí) 間的積分兩者相比，W表征該類拓?fù)涞墓收想娏饕种颇芰?。但對于直流故障穿越能力的評 價(jià)應(yīng)該是多方面的，除故障電流抑制能力外還應(yīng)考慮故障后子模塊過電壓水平和實(shí)現(xiàn)該能 力所付出的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種模塊化多電平換流器直流故障穿越能力評價(jià)方法及系 統(tǒng)，W解決目前僅采用故障電流抑制能力來評價(jià)故障穿越能力所導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果比較片面的 問題。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種模塊化多電平換流器直流故障穿越能力 評價(jià)方法，該評價(jià)方法包括W下步驟：
[0006] 1)計(jì)算待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和故障后最大子模塊電壓偏差；
[0007] 2) W與待考察拓?fù)銶MC相同電容個(gè)數(shù)下的半橋式MMC的故障電流積分和故障后最 大子模塊電壓偏差為基準(zhǔn)，對步驟1)中待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和故障后最大子模 塊電壓偏差進(jìn)行標(biāo)么處理；
[000引3)對標(biāo)么處理后的量分別乘W對應(yīng)權(quán)重系數(shù)后相加，得到的值即為待考察拓?fù)?MMC的直流故障穿越能力評價(jià)結(jié)果。
[0009] 該方法包括利用考察拓?fù)銶MC所包含IGBT個(gè)數(shù)作為成本因數(shù)對步驟3)中的評價(jià)結(jié) 果進(jìn)行修正。
[0010] 所述修正后的評價(jià)結(jié)果k為：
[0012] 其中Si_T為被考察MMC在標(biāo)準(zhǔn)仿真工況下故障電流對時(shí)間的積分;Si_H為相同工況 下半橋式匪C仿真中故障電流對時(shí)間的積分;Udiff_max_T與1](^:_1113;;_11分別表不被考察拓?fù)浞薈 和對應(yīng)的半橋式匪C在直流故障穿越動作后的最大子模塊電壓偏差值;niGBT_H為半橋式匪C 中IGBT個(gè)數(shù);山日8^為被考察MMC中IGBT個(gè)數(shù);D為權(quán)重系數(shù)，D取值范圍為[0，1 ]。
[0013] 所述權(quán)重系數(shù)D可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，若設(shè)置為1，則說明僅考察故障電流抑制能 力;若設(shè)置為0則表示僅考察拓?fù)涔收虾蟮倪^電壓水平。
[0014] 所述步驟1)在計(jì)算待考察MMC故障電流積分時(shí)將直流電流降低至0的時(shí)刻作為積 分結(jié)束時(shí)刻。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種模塊化多電平換流器直流故障穿越能力評價(jià)系統(tǒng)，該評價(jià)系 統(tǒng)包括計(jì)算模塊、比較模塊和綜合處理模塊，
[0016] 所述計(jì)算模塊用于計(jì)算待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和故障后最大子模塊電壓 偏差；
[0017]所述比較模塊用于W與待考察拓?fù)浞擞懩客娙輦€(gè)數(shù)下的半橋式匪C的故障電流 積分和故障后最大子模塊電壓偏差為基準(zhǔn)，對步驟1)中待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和 故障后最大子模塊電壓偏差進(jìn)行標(biāo)么處理；
[0018] 所述綜合處理模塊用于對標(biāo)么處理后的量分別乘W對應(yīng)權(quán)重系數(shù)后相加，得到的 值即為待考察拓?fù)銶MC的直流故障穿越能力評價(jià)結(jié)果。
[0019] 所述的評價(jià)系統(tǒng)還包括修正模塊，該修正模塊用于根據(jù)考察拓?fù)銶MC所包含IGBT 個(gè)數(shù)對綜合處理模塊評價(jià)結(jié)果進(jìn)行修正。
[0020] 所述修正模塊修正后的評價(jià)結(jié)果k為：
[0022] 其中Si_T為被考察MMC在標(biāo)準(zhǔn)仿真工況下故障電流對時(shí)間的積分;Si_H為相同工況 下半橋式匪C仿真中故障電流對時(shí)間的積分;Udiff_max_T與1](^:_1113;;_11分別表不被考察拓?fù)浞薈 和對應(yīng)的半橋式匪C在直流故障穿越動作后的最大子模塊電壓偏差值;niGBT_H為半橋式匪C 中IGBT個(gè)數(shù);山日8^為被考察MMC中IGBT個(gè)數(shù);D為權(quán)重系數(shù)，D取值范圍為[0，1 ]。
[0023] 所述權(quán)重系數(shù)D可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，若設(shè)置為1，則說明僅考察故障電流抑制能 力;若設(shè)置為0則表示僅考察拓?fù)涔收虾蟮倪^電壓水平。
[0024] 所述計(jì)算模塊在計(jì)算待考察MMC故障電流積分時(shí)將直流電流降低至0的時(shí)刻作為 積分結(jié)束時(shí)刻。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先計(jì)算待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和故障后 最大子模塊電壓偏差;然后W與待考察拓?fù)銶MC相同電容個(gè)數(shù)下的半橋式MMC的故障電流積 分和故障后最大子模塊電壓偏差為基準(zhǔn)，對待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和故障后最大 子模塊電壓偏差進(jìn)行標(biāo)么處理;最后對標(biāo)么處理后的量分別乘W對應(yīng)權(quán)重系數(shù)后相加，得 到的值即為待考察拓?fù)銶MC的直流故障穿越能力評價(jià)結(jié)果。本發(fā)明能夠從故障電流抑制能 力和故障后子模塊過壓程度兩個(gè)方面對各類拓?fù)銶MC的直流故障穿越能力進(jìn)行量化評價(jià)， 實(shí)現(xiàn)了對MMC的綜合評價(jià)。
[00%]此外，本發(fā)明還將成本因素考慮在內(nèi)，通過MMC中IGBT的個(gè)數(shù)對結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步修 正，使得到評價(jià)結(jié)果更加全面，能夠?yàn)槿嵝灾绷鬏旊姄Q流器拓?fù)溥x擇提供準(zhǔn)確的參考，有助 于直流故障率較高場合中MMC拓?fù)涞倪x取。
【附圖說明】
[0027]圖1是模塊化多電平換流器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[00%]圖2-a是被考察MMC故障電流積分計(jì)算原理示意圖；
[0029] 圖2-b是半橋式MMC故障電流積分計(jì)算原理示意圖；
[0030] 圖3是半橋式MMC直流故障電流、故障電流積分Si_H及最大最小子模塊電壓仿真結(jié) 果；
[0031 ]圖4全橋式MMC直流故障電流、故障電流積分Si_H及最大最小子模塊電壓仿真結(jié)果；
[0032] 圖5是巧位雙子模塊MMC直流故障電流、故障電流積分Si_H及最大最小子模塊電壓 仿真結(jié)果；
[0033] 圖6是混合式子模塊MMC直流故障電流、故障電流積分Si_H及最大最小子模塊電壓 仿真結(jié)果；
[0034] 圖7是優(yōu)化混合式子模塊MMC直流故障電流、故障電流積分Si_H及最大最小子模塊 電壓仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0036] 本發(fā)明的模塊化多電平換流器直流故障穿越能力評價(jià)方法的實(shí)施例
[0037] 本發(fā)明的模塊化多電平換流器直流故障穿越能力評價(jià)方法是W半橋式子模塊MMC 的直流故障穿越能力為基準(zhǔn)，從故障電流抑制能力和故障后子模塊過壓程度兩個(gè)方面對各 類拓?fù)浞薈的直流故障穿越能力進(jìn)行量化評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了對匪C的綜合評價(jià)，該方法的具體實(shí) 現(xiàn)過程如下：
[0038] 1.計(jì)算待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和故障后最大子模塊電壓偏差。
[0039] MMC的故障電流積分指的是MMC在故障穿越時(shí)電流曲線與時(shí)間軸構(gòu)成的面積，本實(shí) 施例中用Sl_T表示考察拓?fù)湓诠收洗┰綍r(shí)電流曲線與時(shí)間軸構(gòu)成的面積，其計(jì)算原理如圖 2-a所示，So表示相同子模塊數(shù)（電容數(shù)）的半橋式匪C在直流故障穿越時(shí)電流曲線與時(shí)間 軸構(gòu)成的面積，其計(jì)算原理如圖2-b所示。分別表示考察拓?fù)銶MC和對應(yīng) 的半橋式MMC在直流故障穿越動作（閉鎖或直流電壓翻轉(zhuǎn))后的最大子模塊電壓偏差值(取 絕對值）。
[0040] 采用不閉鎖穿越策略產(chǎn)生的直流側(cè)電流會有差異，例如半橋加全橋混合式MMC采 用不閉鎖方式穿越直流短路故障時(shí)，直流電流降低后，會在0附近持續(xù)波動一段時(shí)間，該波 動電流僅與系統(tǒng)控制有關(guān)，不能再算作故障電流。因此為了增強(qiáng)該指標(biāo)的通用性，統(tǒng)一將直 流電流降低至0的時(shí)刻作為積分結(jié)束時(shí)刻。而由于半橋子模塊在故障閉鎖后電流降低很慢， 因此計(jì)算Sl_H時(shí)，令積分結(jié)束時(shí)刻為斷路器跳閩時(shí)刻。
[0041] 2. W與待考察拓?fù)銶MC相同電容個(gè)數(shù)下的半橋式MMC的故障電流積分和故障后最 大子模塊電壓偏差為基準(zhǔn)，對待考察拓?fù)銶MC的故障電流積分和故障后最大子模塊電壓偏 差進(jìn)行標(biāo)么處理。
[0042] 本實(shí)施例中標(biāo)么處理指的是將基準(zhǔn)值與待考察拓?fù)銶MC進(jìn)行比較，故障電流積分 的標(biāo)么處理結(jié)果為Si_h/Si_t，兩者的比值關(guān)系表征了系統(tǒng)的過電流抑制能力，比值越大抑制 能力越強(qiáng);故障后最大子模塊電壓偏差的標(biāo)么處理結(jié)果為Udiff_max_H/Udiff_max_T，兩者比值表 征了拓?fù)涞倪^電壓程度，比值越大過電壓程度越低，在故障穿越過程中表現(xiàn)越好，恢復(fù)速度 也越快。
[0043] 3.將標(biāo)么處理后得到的拓?fù)涞墓收想娏饕种颇芰?、故障后過電壓水平進(jìn)行綜合， 即對得到的Si_h/Si_T和Udiff_max_H/Udiff_max_T分別乘W對應(yīng)權(quán)重系數(shù)后相加。
[0045] 其中D為權(quán)重系數(shù)，改變該權(quán)重系數(shù)D的大小，能夠靈活調(diào)節(jié)故障電流抑制能力和 故障后過電壓水平兩者在評價(jià)指標(biāo)中所占的比重，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，若設(shè)置為1，則說 明僅考察故障電流抑制能力;若設(shè)置為0則表示僅考察拓?fù)涔收虾蟮倪^電壓水平。
[0046] 4.利用成