一种MMC交流故障电气量计算方法及系统

本发明属于柔性直流输电，具体涉及一种mmc交流故障电气量计算方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、海上风电已成为能源战略的重要产业，是实现能源结构优化过程的重要工具。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,简称mmc)的柔性直流输电因具有模块化、可扩展性、占地面积小等特点，成为目前远海风电场并网的主要技术途径。当海上换流站交流系统发生故障，尤其是三相短路故障时，mmc故障电流会在几毫秒内迅速增大；此时换流站被迫通过闭锁来保护电力电子器件，风电机组也因交流电压骤降为0而脱网。因此，海上风电经柔直送出系统送端交流故障电流、mmc桥臂电压和电流的快速与准确计算对于系统的保护设计、元件选择以及故障穿越控制至关重要。

3、据发明人了解，目前海上风电经柔直送出系统送端交流故障时的故障电气量大多是通过仿真分析得到，其计算精度高。但是，电力系统的复杂度高、故障工况多，使得仿真分析具有耗时长、灵活性低的显著缺点，不利于研究工作的开展。现有的海上风电经柔直送出系统交流故障电流计算方法具有难以完全反映故障暂态过程、无法计算mmc内部电气量、极少考虑闭锁后暂态电气量计算、耗时长、灵活性低等缺点。因此，需要一种兼顾准确性与高效性的mmc交流故障电气量计算方法。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种mmc交流故障电气量计算方法，考虑闭锁和子模块投切，克服了现有技术中无法完全反映mmc交流故障后的暂态演化过程，只需根据故障发生时刻的状态变量(即初始值)即可完成mmc闭锁前后故障电气量的计算，提高了计算的精度和效率。

2、根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种mmc交流故障电气量计算方法，采用如下技术方案：

3、一种mmc交流故障电气量计算方法，包括：

4、根据模块化多电平换流器的拓扑结构和故障后模块化多电平换流器子模块的实时投切，构建模块化多电平换流器的微分方程和故障暂态等效模型；

5、结合所构建的微分方程和故障暂态等效模型，得到模块化多电平换流器的基于时变电容的微分方程；

6、根据模块化多电平换流器的基于时变电容的微分方程和模块化多电平换流器的过流闭锁，确定模块化多电平换流器桥臂电流的大小和方向；

7、根据模块化多电平换流器桥臂电流的大小和方向确定桥臂所处工作状态；

8、根据桥臂所处工作状态和状态递推法，计算模块化多电平换流器交流故障时的电气量。

9、作为进一步的技术限定，所述根据模块化多电平换流器桥臂电流的大小和方向确定桥臂所处工作状态的过程为：

10、当闭锁后的桥臂电流流过反并联二极管与桥臂电容时，桥臂电流为电容充电，桥臂等效电阻为桥臂损耗与桥臂中反并联二极管导通电阻和的累加；

11、当闭锁后的桥臂电流仅流过反并联二极管时，桥臂通过二极管续流，桥臂子模块电容被旁路，桥臂等效电阻为桥臂中反并联二极管导通电阻和；

12、当闭锁后的桥臂电流为零时，桥臂处于开路状态，桥臂等效电阻为无穷大。

13、作为进一步的技术限定，所计算的模块化多电平换流器交流故障时的电气量至少包括桥臂电流、桥臂电压和交流侧电流。

14、作为进一步的技术限定，所述模块化多电平换流器采用桥臂结构，每个桥臂包含若干个个半桥子模块；所述半桥子模块包括两个带有反并联二极管的绝缘栅双极晶体管和桥臂电容。

15、进一步的，所述桥臂电容的取值与当前时刻模块化多电平换流器子模块的实时投切数量相关。

16、作为进一步的技术限定，所述模块化多电平换流器的基于时变电容的微分方程与模块化多电平换流器的状态变量和阶跃输入，子模块闭锁状态以及子模块投切数目相关。

17、根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种mmc交流故障电气量计算系统，采用如下技术方案：

18、一种mmc交流故障电气量计算系统，包括：

19、构建模块，其被配置为根据模块化多电平换流器的拓扑结构和故障后模块化多电平换流器子模块的实时投切，构建模块化多电平换流器的微分方程和故障暂态等效模型；结合所构建的微分方程和故障暂态等效模型，得到模块化多电平换流器的基于时变电容的微分方程；

20、确定模块，其被配置为根据模块化多电平换流器的基于时变电容的微分方程和模块化多电平换流器的过流闭锁，确定模块化多电平换流器桥臂电流的大小和方向；根据模块化多电平换流器桥臂电流的大小和方向确定桥臂所处工作状态；

21、计算模块，其被配置为根据桥臂所处工作状态和状态递推法，计算模块化多电平换流器交流故障时的电气量。

22、作为进一步的技术限定，在所述确定模块中，所述根据模块化多电平换流器桥臂电流的大小和方向确定桥臂所处工作状态的过程为：

23、当闭锁后的桥臂电流流过反并联二极管与桥臂电容时，桥臂电流为电容充电，桥臂等效电阻为桥臂损耗与桥臂中反并联二极管导通电阻和的累加；

24、当闭锁后的桥臂电流仅流过反并联二极管时，桥臂通过二极管续流，桥臂子模块电容被旁路，桥臂等效电阻为桥臂中反并联二极管导通电阻和；

25、当闭锁后的桥臂电流为零时，桥臂处于开路状态，桥臂等效电阻为无穷大。

26、作为进一步的技术限定，在所述计算模块中，所计算的模块化多电平换流器交流故障时的电气量至少包括桥臂电流、桥臂电压和交流侧电流。

27、作为进一步的技术限定，所述模块化多电平换流器采用桥臂结构，每个桥臂包含若干个个半桥子模块；所述半桥子模块包括两个带有反并联二极管的绝缘栅双极晶体管和桥臂电容。

28、进一步的，所述桥臂电容的取值与当前时刻模块化多电平换流器子模块的实时投切数量相关。

29、作为进一步的技术限定，在所述构建模块中，所述模块化多电平换流器的基于时变电容的微分方程与模块化多电平换流器的状态变量和阶跃输入，子模块闭锁状态以及子模块投切数目相关。根据一些实施例，本发明的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：

30、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方案所述的mmc交流故障电气量计算方法中的步骤。

31、根据一些实施例，本发明的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：

32、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方案所述的mmc交流故障电气量计算方法中的步骤。

33、根据一些实施例，本发明的第五方案提供了一种计算机程序产品，采用如下技术方案：

34、一种计算机程序产品，包括软件代码，所述软件代码中的程序执行如本发明第一方案所述的mmc交流故障电气量计算方法中的步骤。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明充分考虑子模块实时投切的影响，通过构建mmc时变电容模型得到故障发生后的暂态演化过程，考虑相与相、桥臂与桥臂之前的区别，可得到mmc内部桥臂电压电流的变化；充分考虑mmc的闭锁措施，兼顾mmc闭锁前后的故障电气量计算，考虑mmc闭锁后的电感续流和电容充电过程，使子模块电容电压过高，为继电保护的设计、系统元件的选择提供了更全面工况的理论分析方法；基于最近电平逼近调制策略(nearest levelmodulation，简称nlm)通过状态递推方法计算故障电气量，解决了mmc非线性方程组难以求解的难题，且每一状态内只需计算状态初始值和末端值，在保证计算精度的同时加快了计算速度。