一种基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法与流程

本发明涉及电力系统运维技术领域，具体涉及一种基于全控型ac/dc换流器的直流侧故障穿越控制方法。

背景技术

目前，电网对于ac/dc换流器的故障穿越需求越来越高。在电网发生故障后，故障电流快速上升，将严重危及系统中的相关电气设备，此时具备良好故障穿越能力的ac/dc换流器可以保证系统的安全可靠运行。同时，在远距离大容量直流输电场合中，直流线路通常采用架空线，线路容易发生短路、闪络等暂时性故障，然而目前的柔性直流技术无法像传统直流技术那样单纯依靠ac/dc换流器控制来完成直流侧故障的清除。因此，为了将柔性直流技术推广到远距离大容量架空线输电场合，对ac/dc换流器的故障穿越能力提出了更高的要求。

交流电网发生短路故障时，换流器按低电压穿越能力要求在预定的时间内保持不脱网运行，同时还需向交流电网提供无功电流支持。由国标gb/t32826-2016建模导则要求，可以得到换流器的交流侧故障穿越控制及保护闭锁结构。同样，直流电网发生短路故障时，直流侧电压出现跌落，换流器根据故障后直流电压大小具有一定的故障穿越能力。然而，目前国标中关于换流器的直流侧故障穿越控制还没有明确要求。因此，需要对直流电网故障时换流器的故障穿越控制进行分析。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于全控型ac/dc换流器的直流侧故障穿越控制方法，解决现有技术中未能准确对ac/dc换流器直流侧进行故障穿越控制的技术问题，能够准确、有效地实现换流器直流侧故障穿越控制。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种基于全控型ac/dc换流器的直流侧故障穿越控制方法，全控型ac/dc换流器用于混联交流电网与直流电网，包括以下步骤：

步骤1：确定直流电网正常运行时全控型ac/dc换流器的直流电压udc和直流电流idc的运行范围：在输出容量约束|udc×idc|≤pmax下，直流电压的运行范围udc∈[udcmin,udcmax]，直流电流的运行范围idc∈[idcmin,idcmax]，其中，pmax为最大输出容量；udcmin、udcmax分别为全控型ac/dc换流器正常运行的直流电压最小值、直流电压最大值；idcmin、idcmax分别为全控型ac/dc换流器正常运行的直流电流最小值、直流电流最大值；

步骤2：确定直流电网短路故障时全控型ac/dc换流器能够保持故障穿越运行的直流电压运行范围：[udcminf,udcmin]；其中，udcminf为全控型ac/dc换流器能够保持故障穿越运行的直流电压最小值，udcmin为全控型ac/dc换流器正常运行的直流电压最小值；

步骤3：当发生直流电网短路故障时，根据全控型ac/dc换流器的直流电压跌落幅度判断全控型ac/dc换流器是否能够运行在故障穿越状态：

若全控型ac/dc换流器的直流电压跌落至[udcminf,udcmin]以外，则全控型ac/dc换流器切换至闭锁状态并退出运行；

若全控型ac/dc换流器的直流电压跌落至[udcminf,udcmin]内，则全控型ac/dc换流器能够运行在故障穿越状态，进入步骤4；

步骤4：全控型ac/dc换流器切换至故障穿越状态，并计算全控型ac/dc在故障穿越运行状态时的直流电流参考值；

步骤5：全控型ac/dc换流器以直流电流参考值向直流电网输出直流电流，从而为发生短路故障的直流电网提供直流电流支持。

优选的，全控型ac/dc在故障穿越运行状态时，第i个全控型ac/dc换流器输出的直流电流参考值idcrefi按如下公式计算：

其中，udi表示直流电网短路故障时，第i个全控型ac/dc换流器的直流电压；idcf0i为第i个全控型ac/dc换流器的零电压穿越直流电流，idcfmi为第i个全控型ac/dc的低电压穿越直流电流，kdcfi为第i个换流器的低电压穿越直流电流支撑系数。

优选的，步骤3中，还通过以下条件判断全控型ac/dc换流器是否能够运行在故障穿越状态：直流电网短路故障时，全控型ac/dc换流器是否发生过流、过/欠压、过/欠频率等保护动作；若是，则全控型ac/dc换流器切换至闭锁状态并退出运行；若否，并且满足全控型ac/dc换流器的直流电压跌落至[udcminf,udcmin]内，则表明全控型ac/dc换流器能够运行在故障穿越状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的基于全控型ac/dc换流器的直流侧故障穿越控制方法在保障电网安全的基础上进行，故障穿越控制，为发生短路故障的直流电网提供电流支持，以提高直流电网的故障恢复能力，对保证电网的安全稳定运行具有重要意义。

2、本发明的控制方法能够确保在直流电网故障时，全控型ac/dc换流器输出的直流电流能够跟踪直流电流参考值，并且直流电网跌落幅度越大，udi则越小，那么根据直流电流参考值idcrefi的计算公式可知，直流电网跌落幅度越大，直流电流参考值越大，从而全控型ac/dc换流器向直流电网注入的直流电流也越大，能够增强直流电网故障恢复能力。

3、在判断全控型ac/dc换流器是否能够运行在故障穿越状态时，结合直流电网跌落幅度与全控型ac/dc换流器是否发生保护动作进行判断，能够提高电网运行的安全性，避免强行进行故障穿越加重电网。

附图说明

图1是直流电网短路故障时全控型ac/dc换流器直流电压和直流电流运行区域；

图2是全控型ac/dc换流器故障穿越控制方法的逻辑原理图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。现提出一种基于直流电流支持的换流器直流侧故障穿越控制方法，可增强直流电网的故障恢复能力，具有重要的学术意义和工程价值。

一种基于全控型ac/dc换流器的直流侧故障穿越控制方法，全控型ac/dc换流器用于混联交流电网与直流电网，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：确定直流电网正常运行时全控型ac/dc换流器的直流电压udc和直流电流idc的运行范围：在输出容量约束|udc×idc|≤pmax下，直流电压的运行范围udc∈[udcmin,udcmax]，直流电流的运行范围idc∈[idcmin,idcmax]，其中，pmax为最大输出容量；udcmin、udcmax分别为全控型ac/dc换流器正常运行的直流电压最小值、直流电压最大值；idcmin、idcmax分别为全控型ac/dc换流器正常运行的直流电流最小值、直流电流最大值；

步骤2：如图1所示，确定直流电网短路故障时全控型ac/dc换流器能够保持故障穿越运行的直流电压运行范围：[udcminf,udcmin]；其中，udcminf为全控型ac/dc换流器能够保持故障穿越运行的直流电压最小值，udcmin为全控型ac/dc换流器正常运行的直流电压最小值；

步骤3：当发生直流电网短路故障时，根据全控型ac/dc换流器的直流电压跌落幅度判断全控型ac/dc换流器是否能够运行在故障穿越状态：

若全控型ac/dc换流器的直流电压跌落至[udcminf,udcmin]以外，则全控型ac/dc换流器切换至闭锁状态并退出运行；

若全控型ac/dc换流器的直流电压跌落至[udcminf,udcmin]内，则全控型ac/dc换流器能够运行在故障穿越状态，进入步骤4；

步骤4：全控型ac/dc换流器切换至故障穿越状态，并计算全控型ac/dc在故障穿越运行状态时的直流电流参考值；

步骤5：全控型ac/dc换流器以直流电流参考值向直流电网输出直流电流，从而为发生短路故障的直流电网提供直流电流支持。

本发明的基于全控型ac/dc换流器的直流侧故障穿越控制方法在保障电网安全的基础上进行，故障穿越控制，为发生短路故障的直流电网提供电流支持，以提高直流电网的故障恢复能力，对保证电网的安全稳定运行具有重要意义。

本具体实施方式中，如图2所示，全控型ac/dc在故障穿越运行状态时，第i个全控型ac/dc换流器输出的直流电流参考值idcrefi按如下公式计算：

其中，udi表示直流电网短路故障时，第i个全控型ac/dc换流器的直流电压；idcf0i为第i个全控型ac/dc换流器的零电压穿越直流电流，idcfmi为第i个全控型ac/dc的低电压穿越直流电流，kdcfi为第i个换流器的低电压穿越直流电流支撑系数。

本发明的控制方法能够确保在直流电网故障时，全控型ac/dc换流器输出的直流电流能够跟踪直流电流参考值，并且直流电网跌落幅度越大，udi则越小，那么根据直流电流参考值idcrefi的计算公式可知，直流电网跌落幅度越大，直流电流参考值越大，从而全控型ac/dc换流器向直流电网注入的直流电流也越大，能够增强直流电网故障恢复能力。

本具体实施方式中，步骤3中，还通过以下条件判断全控型ac/dc换流器是否能够运行在故障穿越状态：直流电网短路故障时，全控型ac/dc换流器是否发生过流、过/欠压、过/欠频率等保护动作；若是，则全控型ac/dc换流器切换至闭锁状态并退出运行；若否，并且满足全控型ac/dc换流器的直流电压跌落至[udcminf,udcmin]内，则表明全控型ac/dc换流器能够运行在故障穿越状态。

在判断全控型ac/dc换流器是否能够运行在故障穿越状态时，结合直流电网跌落幅度与全控型ac/dc换流器是否发生保护动作进行判断，能够提高电网运行的安全性，避免强行进行故障穿越加重电网。