混合式MMC与交流断路器配合的直流断流装置和方法与流程

本发明涉及一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流装置和方法，属于柔性直流输电领域。

背景技术：

柔性直流输电(vsc-hvdc)是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。柔性直流输电技术具有有功、无功可独立调节，弱电网接入和低电压穿越能力强，低交流滤波及无功补偿需求等特点。柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。自2003年德国学者r.marquardtanda.lesnicar及其同事提出模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，mmc)以来，由于其具备易扩展、波形好、故障穿越能力强和模块化设计等特点适用于高压大功率等场合，mmc在柔性直流输电领域备受关注。

柔性多端直流输电系统和直流电网技术将可再生能源与传统能源广域互联，可以充分实现多种能源形式、大空间跨度、多时间尺度、多用户类型之间的互补，是未来电网的重要发展方向。多端直流输电系统和直流电网技术有诸多优点。但多端直流输电系统和直流电网故障影响严重，适于多端直流输电系统和直流电网工程应用的高压直流断路器研制困难且造价昂贵。因此，多端直流输电系统和直流电网的直流故障切断是亟待解决的问题。。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流装置和方法。

本发明的目的在于解决适于多端直流输电系统和直流电网工程应用的直流故障线路切断问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流方法，包括：

线路i上的传感器实时监测所在线路i的电压vdci和电流值idci，并向所在线路继电器i实时传输数据vdci和idci。与此同时，线路i上的交流断路器实时监测电流idci，如未检测到线路电流过零点，向时序控制器输出taci=0，如检测到线路电流过零点，向时序控制器输出taci=1。

当换流站正常运行时，继电器向时序控制器输出正常运行信号：tfi=0；故障发生后，各线路继电器基于电压电流数据检测故障并识别故障类型，故障线路i继电器向时序控制器输出故障控制启动信号tfi=1。

当时序控制器收到信号组合为：tfi=1且taci=0时，换流站启动故障控制方案，对由半桥子模块构成的两相采用旁路控制策略，对由全桥子模块构成的一相采用闭锁控制策略。故障控制策略启动后，换流器开始向直流母线上输出交流分量。

待直流母线上的交流断路器检测到过零点，向时序控制器输出taci=1，交流断路器开始断开。

当时序控制器收到的信号组合为：tfi=1且taci=1时，说明交流断路器已经检测到电流过零点，交流断路器开始断开。此时换流站启动三相旁路控制方案，直至交流断路器完全断开。

故障恢复过程为：线路断开后，清除故障点。闭合断路器并进行换流站启动。

本发明能够有效的切断直流线路故障，以及实现故障后的快速回复。

另一方面，本发明提供一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流装置，包括：

mmc换流站：所提mmc换流站为半桥子模块-全桥子模块分相混合式mmc拓扑，其中a、b两相由半桥子模块构成，c相由全桥子模块构成。正常运行时mmc换流站承担整流、逆变功能。故障发生后，当时序控制器收到信号组合为：tfi=1且taci=0时，换流站启动故障控制方案，对由半桥子模块构成的两相采用旁路控制策略，对由全桥子模块构成的一相采用闭锁控制策略，此时换流器开始向直流母线上输出交流分量。当时序控制器收到的信号组合为：tfi=1且taci=1时，说明交流断路器已经检测到电流过零点，交流断路器开始断开。此时换流站启动三相旁路控制方案，直至交流断路器完全断开。

交流断路器：所提交流断路器为常规交流断路器，能够检测直流线路过零点时刻并向时序控制器输出信号taci。

传感器、继电器：能够检测所在线路的电压电流，并输出本单元的信号

时序控制器：本方案的核心控制器，根据线路传感器传来的信号和交流断路器的传来的信号，设定换流器的故障控制方式。当时序控制器收到信号组合为：tfi=1且taci=0时，换流站启动故障控制方案，对由半桥子模块构成的两相采用旁路控制策略，对由全桥子模块构成的一相采用闭锁控制策略，此时换流器开始向直流母线上输出交流分量。当时序控制器收到的信号组合为：tfi=1且taci=1时，说明交流断路器已经检测到电流过零点，交流断路器开始断开。此时换流站启动三相旁路控制方案，直至交流断路器完全断开。

附图说明

图1为本发明实施例中全桥-半桥桥臂分相混合式mmc拓扑

图2为本发明实施例中逻辑控制图

图3为本发明实施例中子模块旁路示意图

图4为本发明实施例中全桥子模块闭锁示意图

图5为本发明实施例中检测到直流侧故障后，控制策略投入后此时的电流通路

图6为本发明实施例中检测到直流侧故障后，控制策略投入后故障线路电流波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流装置和方法，全桥-半桥分相混合式mmc拓扑如图1所示：

所提mmc换流站为半桥子模块-全桥子模块分相混合式mmc拓扑，其中a、b两相由半桥子模块构成，c相由全桥子模块构成。

本发明实施例提供了一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流方法，切断过程具体流程图如图2所示，具体过程如下：

线路i上的传感器实时监测所在线路i的电压vdci和电流值idci，并向所在线路i继电器实时传输数据vdci和idci。与此同时，线路i上的交流断路器实时监测电流idci，如未检测到线路电流过零点，向时序控制器输出taci=0，如检测到线路电流过零点，向时序控制器输出taci=1。

当换流站正常运行时，继电器向时序控制器输出正常运行信号：tfi=0；故障发生后，各线路继电器基于电压电流数据检测故障并识别故障类型，故障线路i继电器向时序控制器输出故障控制启动信号tfi=1。

当时序控制器收到信号组合为：tfi=1且taci=0时，换流站启动故障控制方案，对由半桥子模块构成的两相采用旁路控制策略，对由全桥子模块构成的一相采用闭锁控制策略。故障控制策略启动后，换流器开始向直流所在线路上输出交流分量。

待直流母线上的交流断路器检测到过零点，向时序控制器输出taci=1，交流断路器开始断开。

当时序控制器收到的信号组合为：tfi=1且taci=1时，说明交流断路器已经检测到电流过零点，交流断路器开始断开。此时换流站启动三相旁路控制方案，直至交流断路器完全断开。

本发明实施例提供了一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流方法，其中子模块旁路示意图如图3所示，具体过程如下：

当时序控制器收到信号组合为：tfi=1且taci=0时，换流站启动故障控制方案，对由半桥子模块构成的两相采用旁路控制策略。此时对于a、b两相的半桥子模块，控制信号使得子模块只导通图中红色部分，使得换流站向直流侧输出交流波。

本发明实施例提供了一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流方法，其中全桥子模块闭锁示意图如图4所示，具体过程如下：

当时序控制器收到信号组合为：tfi=1且taci=0时，换流站启动故障控制方案，对由全桥子模块构成的相采用闭锁控制策略。此时对于c相的全桥子模块，控制信号使得子模块只导通图中红色部分，使得c相与直流侧隔断。

本发明实施例提供了一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流方法，检测到直流侧故障后，三相的控制策略以及此时的电流通路如图5所示，具体过程如下：

当时序控制器收到信号组合为：tfi=1且taci=0时，换流站启动故障控制方案，对由半桥子模块构成的两相采用旁路控制策略，对由全桥子模块构成的一相采用闭锁控制策略。具体的电流通路如图5所示。蓝色虚线为实际电流通路，通过分相控制，使得换流站在检测到直流故障后向直流线路侧输出交流量产生过零点。

本发明实施例提供了一种全桥-半桥分相混合式mmc拓扑与交流断路器配合的直流断流方法，其中投入故障控制策略后的故障线路电流波形如图6所示，故障策略投入后故障线路上产生交流分量，交流断路器检测到过零点并切断直流故障。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。