LCC-MMC混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略研究

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整流侧采用电网换相型换流器(Line Commuted Converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的LCC-MMC型混合直流输电系统可以综合利用LCC的经济优势和MMC的技术优势,解决了传统直流输电逆变侧换相失败问题,目前已在我国南方电网“乌东德”多端混合直流输电工程中得到应用。混合直流输电系统发生送端交流故障会导致送端直流电压低于受端,引起直流传输功率跌落甚至中断,威胁着受端电网的安全稳定运行。本文首先分析了整流器和逆变器的工作原理和数学模型,重点研究了MMC桥臂电压的组成分量及其与交流电压和直流电压的数量关系,针对其向有源网络和无源网络供电时的场景分别设计了其基本控制策略并搭建了双端混合直流输电系统的仿真模型,为后续研究奠定了基础。其次,针对向有源网络供电的混合直流输电系统送端交流故障引起的直流功率传输跌落甚至中断问题,提出一种基于降低逆变侧桥臂电压交直流分量的故障穿越控制策略。分析了送端交流电压不同跌落程度下整流侧运行特性曲线的变化规律,设计了根据整流侧交流母线电压跌落程度确定逆变侧子模块减投个数的方法,并计及换流器有功、无功约束条件,整定了逆变站MMC的直流调压限值。依靠对逆变侧直流电压的降低值进行定量分析来维持送端交流故障后直流系统的功率传输能力。最后,针对连接无源网络的混合直流系统送端交流故障穿越问题,分析了无源网络中不同负荷吸收功率与逆变侧交流电压的数学关系,提出一种基于MMC桥臂电压控制的故障穿越控制策略,设计了不同严重程度交流故障下相关参数的选取原则。通过让负荷主动参与调节换流站不平衡功率,快速恢复直流功率传输的同时有效避免切负荷,同时实现受端换流站和负荷的故障穿越。所设计的控制策略可以避免子模块电容过度放电导致的换流站闭锁,有效减小了故障清除后的直流冲击电流。本文研究了LCC-MMC型混合直流输电系统送端交流故障穿越能力,对于我国实施“西电东送”战略保证受端电网的正常可靠供电,提高多馈入受端系统的安全稳定性具有重要意义。
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