模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及系统，属直流 输电技术领域。
【背景技术】
[0002] 直流故障是MMC柔性直流输电系统运行中的一种常见故障，传统的半桥式子模块 MMC在直流短路故障发生时无法通过自身特性迅速抑制故障电流，必须依靠交流断路器或 直流断路器才能清楚故障电流。一方面由于交流断路器的响应时间较长，有可能导致保护 不及时而造成换流器过流损坏;一方面配置直流断路器提高了对设备的技术要求，增加了 系统成本。为解决MMC柔性直流输电系统的直流故障穿越问题，2010年德国学者Rainer Marquardt提出了采用全桥子模块的MMC和采用巧位双子模块的MMC，如图1所示。该类MMC在 直流短路故障发生后，能够通过闭锁换流器的方式迅速抑制故障电流，达到保护换流器自 身不受损害的目的。此后，国内外学者又提出了多种具有直流故障穿越能力的MMC拓扑结 构，如混合式子模块MMC、自阻式子模块MMC等。
[0003] 多种具有直流故障穿越能力拓扑的出现，极大的丰富了柔性直流输电系统设计人 员的选择，因此需要一个量化评价指标对各类拓扑统一考核。有国内学者提出了一种叫做 DFRTI的评价指标，将需评价拓扑故障电流对时间的积分与半桥式子模块MMC故障电流对时 间的积分两者相比，W表征该类拓扑的故障电流抑制能力。但对于直流故障穿越能力的评 价应该是多方面的，除故障电流抑制能力外还应考虑故障后子模块过电压水平和实现该能 力所付出的成本。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法及系 统，W解决目前仅采用故障电流抑制能力来评价故障穿越能力所导致评价结果比较片面的 问题。
[0005] 本发明为解决上述技术问题提供了一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力 评价方法，该评价方法包括W下步骤：
[0006] 1)计算待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差；
[0007] 2) W与待考察拓扑MMC相同电容个数下的半桥式MMC的故障电流积分和故障后最 大子模块电压偏差为基准，对步骤1)中待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模 块电压偏差进行标么处理；
[000引3)对标么处理后的量分别乘W对应权重系数后相加，得到的值即为待考察拓扑 MMC的直流故障穿越能力评价结果。
[0009] 该方法包括利用考察拓扑MMC所包含IGBT个数作为成本因数对步骤3)中的评价结 果进行修正。
[0010] 所述修正后的评价结果k为：
[0012] 其中Si_T为被考察MMC在标准仿真工况下故障电流对时间的积分;Si_H为相同工况 下半桥式匪C仿真中故障电流对时间的积分;Udiff_max_T与1](^:_1113;;_11分别表不被考察拓扑匪C 和对应的半桥式匪C在直流故障穿越动作后的最大子模块电压偏差值;niGBT_H为半桥式匪C 中IGBT个数;山日8^为被考察MMC中IGBT个数;D为权重系数，D取值范围为[0，1 ]。
[0013] 所述权重系数D可根据实际情况调整，若设置为1，则说明仅考察故障电流抑制能 力;若设置为0则表示仅考察拓扑故障后的过电压水平。
[0014] 所述步骤1)在计算待考察MMC故障电流积分时将直流电流降低至0的时刻作为积 分结束时刻。
[0015] 本发明还提供了一种模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价系统，该评价系 统包括计算模块、比较模块和综合处理模块，
[0016] 所述计算模块用于计算待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压 偏差；
[0017]所述比较模块用于W与待考察拓扑匪讨目同电容个数下的半桥式匪C的故障电流 积分和故障后最大子模块电压偏差为基准，对步骤1)中待考察拓扑MMC的故障电流积分和 故障后最大子模块电压偏差进行标么处理；
[0018] 所述综合处理模块用于对标么处理后的量分别乘W对应权重系数后相加，得到的 值即为待考察拓扑MMC的直流故障穿越能力评价结果。
[0019] 所述的评价系统还包括修正模块，该修正模块用于根据考察拓扑MMC所包含IGBT 个数对综合处理模块评价结果进行修正。
[0020] 所述修正模块修正后的评价结果k为：
[0022] 其中Si_T为被考察MMC在标准仿真工况下故障电流对时间的积分;Si_H为相同工况 下半桥式匪C仿真中故障电流对时间的积分;Udiff_max_T与1](^:_1113;;_11分别表不被考察拓扑匪C 和对应的半桥式匪C在直流故障穿越动作后的最大子模块电压偏差值;niGBT_H为半桥式匪C 中IGBT个数;山日8^为被考察MMC中IGBT个数;D为权重系数，D取值范围为[0，1 ]。
[0023] 所述权重系数D可根据实际情况调整，若设置为1，则说明仅考察故障电流抑制能 力;若设置为0则表示仅考察拓扑故障后的过电压水平。
[0024] 所述计算模块在计算待考察MMC故障电流积分时将直流电流降低至0的时刻作为 积分结束时刻。
[0025] 本发明的有益效果是:本发明首先计算待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后 最大子模块电压偏差;然后W与待考察拓扑MMC相同电容个数下的半桥式MMC的故障电流积 分和故障后最大子模块电压偏差为基准，对待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大 子模块电压偏差进行标么处理;最后对标么处理后的量分别乘W对应权重系数后相加，得 到的值即为待考察拓扑MMC的直流故障穿越能力评价结果。本发明能够从故障电流抑制能 力和故障后子模块过压程度两个方面对各类拓扑MMC的直流故障穿越能力进行量化评价， 实现了对MMC的综合评价。
[00%]此外，本发明还将成本因素考虑在内，通过MMC中IGBT的个数对结果进行进一步修 正，使得到评价结果更加全面，能够为柔性直流输电换流器拓扑选择提供准确的参考，有助 于直流故障率较高场合中MMC拓扑的选取。
【附图说明】
[0027]图1是模块化多电平换流器的结构示意图；
[00%]图2-a是被考察MMC故障电流积分计算原理示意图；
[0029] 图2-b是半桥式MMC故障电流积分计算原理示意图；
[0030] 图3是半桥式MMC直流故障电流、故障电流积分Si_H及最大最小子模块电压仿真结 果；
[0031 ]图4全桥式MMC直流故障电流、故障电流积分Si_H及最大最小子模块电压仿真结果；
[0032] 图5是巧位双子模块MMC直流故障电流、故障电流积分Si_H及最大最小子模块电压 仿真结果；
[0033] 图6是混合式子模块MMC直流故障电流、故障电流积分Si_H及最大最小子模块电压 仿真结果；
[0034] 图7是优化混合式子模块MMC直流故障电流、故障电流积分Si_H及最大最小子模块 电压仿真结果。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0036] 本发明的模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法的实施例
[0037] 本发明的模块化多电平换流器直流故障穿越能力评价方法是W半桥式子模块MMC 的直流故障穿越能力为基准，从故障电流抑制能力和故障后子模块过压程度两个方面对各 类拓扑匪C的直流故障穿越能力进行量化评价，实现了对匪C的综合评价，该方法的具体实 现过程如下：
[0038] 1.计算待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏差。
[0039] MMC的故障电流积分指的是MMC在故障穿越时电流曲线与时间轴构成的面积，本实 施例中用Sl_T表示考察拓扑在故障穿越时电流曲线与时间轴构成的面积，其计算原理如图 2-a所示，So表示相同子模块数（电容数）的半桥式匪C在直流故障穿越时电流曲线与时间 轴构成的面积，其计算原理如图2-b所示。分别表示考察拓扑MMC和对应 的半桥式MMC在直流故障穿越动作（闭锁或直流电压翻转)后的最大子模块电压偏差值(取 绝对值）。
[0040] 采用不闭锁穿越策略产生的直流侧电流会有差异，例如半桥加全桥混合式MMC采 用不闭锁方式穿越直流短路故障时，直流电流降低后，会在0附近持续波动一段时间，该波 动电流仅与系统控制有关，不能再算作故障电流。因此为了增强该指标的通用性，统一将直 流电流降低至0的时刻作为积分结束时刻。而由于半桥子模块在故障闭锁后电流降低很慢， 因此计算Sl_H时，令积分结束时刻为断路器跳闽时刻。
[0041] 2. W与待考察拓扑MMC相同电容个数下的半桥式MMC的故障电流积分和故障后最 大子模块电压偏差为基准，对待考察拓扑MMC的故障电流积分和故障后最大子模块电压偏 差进行标么处理。
[0042] 本实施例中标么处理指的是将基准值与待考察拓扑MMC进行比较，故障电流积分 的标么处理结果为Si_h/Si_t，两者的比值关系表征了系统的过电流抑制能力，比值越大抑制 能力越强;故障后最大子模块电压偏差的标么处理结果为Udiff_max_H/Udiff_max_T，两者比值表 征了拓扑的过电压程度，比值越大过电压程度越低，在故障穿越过程中表现越好，恢复速度 也越快。
[0043] 3.将标么处理后得到的拓扑的故障电流抑制能力、故障后过电压水平进行综合， 即对得到的Si_h/Si_T和Udiff_max_H/Udiff_max_T分别乘W对应权重系数后相加。
[0045] 其中D为权重系数，改变该权重系数D的大小，能够灵活调节故障电流抑制能力和 故障后过电压水平两者在评价指标中所占的比重，可根据实际情况调整，若设置为1，则说 明仅考察故障电流抑制能力;若设置为0则表示仅考察拓扑故障后的过电压水平。
[0046] 4.利用成