摘要: 相比于传统直流输电技术,柔性直流输电技术具有没有无功补偿问题、没有换相失败问题等优点,因此运行性能大大提高。但同时,柔性直流输电也存在损耗较大、容量相对较小的不足,尤其是当电网发生直流故障时,会极大影响系统的稳定性。因此,在阅读相关文献的基础上,本文简要针对基于模块化多电平换流器MMC的柔性直流输电技术,对故障穿越控制策略进行学习了解,并得出相应结论,为后续制定控制策略和仿真验证奠定基础。
关键词: 柔性直流输电;模块化多电平换流器;故障穿越控制策略
1 引言
柔性直流输电技术因其没有无功补偿问题、没有换相失败问题、可以为无系统供电,可同时独立调节有功功率和无功功率、谐波水平低、适合构成多端直流系统等优点,目前广泛应用于远距离输电、新能源接入、异步交流电网互联等方面,是未来能源互联网发展的重要支撑。
但同时,相较于传统直流输电,柔性直流输电也存在不足,诸如损耗较大、设备成本较高、容量相对较小等。尤其在柔性直流电网发生直流短路故障时,因其低惯性、弱阻尼特点使得故障电流发展迅速、传播广泛,危害系统及设备安全。而大容量直流断路器成本过高难以大规模推广;且闭锁换流站的故障抑制方案降低供电可靠性,不利于故障清除后恢复供电,且与交流网脱机,影响交流电网运行稳定性。
因此需要研究柔性直流电网的故障穿越控制策略,在直流短路故障期间,抑制直流故障过电流,同时为交流电网提供电压支撑能力,实现直流故障穿越运行。该技术是保障直流输电技术大规模应用的重要支撑。
本文针对目前存在的一些故障穿越控制策略方法,对相关研究现状进行归纳。
2 模块化多电平转换器的相关故障穿越控制策略
2.1 模块化多电平转换器简介
基于电压源换流器的高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)输电系统,因其利于接纳分布式电源及远距离传输,是实现未来智能电网的重要方案,该智能电网会将大量可再生能源整合到现有电网中。对于VSC-HVDC,相较于传统的两电平或三电平VSC换流器,模块化多电平转换器(modular multilevel converter,MMC)因其特有优势,正在引起全世界的关注[1]–[3]。MMC具有谐波含量低,模块化程度高和易于扩展,有功无功灵活可控以及无需直流母线电容器等优点[4]–[6]。图1展示了HVDC应用中MMC站的简化原理。在HVDC应用中,MMC的每个臂中包含数百个半桥子模块(HBSM)。目前,一种每桥臂有401个子模块的MMC换流器已经被应用于一项plusmn;320kV,1000MW的输电项目[7]。通常,MMC通过变压器次级侧的星点电抗器接地装置接地[8],并且通常在直流侧安装平滑直流电抗器,不仅可以减少传输线电流纹波,而且可以在直流短路故障时限制故障电流的增加率。
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