一种考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法

本发明属于柔性直流输电系统故障限流，尤其涉及一种考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法。

背景技术：

1、基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,mmc)的柔性直流电网技术被广泛认为是新能源和直流负载电网集成的一种很有前途的方法。然而，有效解决直流侧短路故障是mmc-mtdc电网广泛采用的主要挑战。柔性直流电网必须采取故障限流措施，既可避免了mmc因过电流而阻塞的风险，又通过降低开断电流来降低直流断路器(dccircuit breaker,dccb)的成本。柔性直流电网中通常采用专门的故障限流器(faultcurrent limiter,fcl)来抑制故障电流。

2、现有的故障限流技术通常研究fcl的限流拓扑及参数，fcl的配置成本非常高。并且，现有技术均是针对fcl依据保护系统的故障判别信号，即fcl按照固定时序启动。这样易造成柔性直流电网面对严重故障时，fcl启动不及时从而达不到预期的限流目标。而面对轻微故障时，fcl频繁启动并易造成故障电流过抑制。

3、因此，怎样才能降低fcl的配置成本，并解决限流参数与故障严重程度难以匹配的问题，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，可以降低fcl的配置成本，并解决限流参数与故障严重程度难以匹配的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，包括以下步骤：

4、s1、在柔性直流电网的源侧设置基于半桥型mmc的模块化多电平换流器mmc，在网侧设置固态式故障限流器fcl；

5、s2、通过故障模拟的方式，遍历柔性直流电网中不同的故障电阻和故障位置；并对每个故障分别进行fcl立即投入和fcl按照保护系统指令触发；记录严重故障下的故障电流初始变化率的最小值d1，以及轻微故障下的故障电流初始变化率的最大值d2；

6、s3、在柔性直流电网实际发生故障时，获取故障发生时刻故障电流的一阶电流采样值dsample；若dsample≥d1，则判定为严重故障，并转到s4；若d1＞dsample＞d2，则判定为一般故障，并转到s5；若dsample≤d2，则判定为轻微故障，并转到s6；

7、s4、立刻触发fcl；同时按照预设的方式计算模块化多电平换流器mmc的调压系数kmmc，并触发模块化多电平换流器mmc的限流控制；模块化多电平换流器mmc进行限流控制时，其上下桥臂单元投入子模块数乘以调压系数kmmc；

8、s5、按照预设的方式，计算fcl的投入时间tn；并根据计算得到的投入时间tn来触发fcl；

9、s6、依靠预设的保护系统指令触发fcl。

10、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

11、使用本方法，在在柔性直流电网的源侧设置基于半桥型mmc的模块化多电平换流器mmc，在网侧设置固态式故障限流器fcl。在融信直流电网实际发生故障时，会采样其故障发生时刻故障电流的一阶电流采样值dsample，并判断为故障的等级。

12、如果是严重故障，则立刻触发fcl，同时触发模块化多电平换流器mmc的限流控制。这样，一方面可以保证限流的及时性；另一方面，通过mmc的补充限流，可以有效降低fcl的配置成本。在减少fcl的配置成本的同时，保证限流的有效性。并且，本方法还会根据其具体严重程度计算相应的mmc的调压系统kmmc，以保证源侧mmc补充限流的合理性。

13、如果是一般故障，则本你发会计算fcl的投入时间tn；并根据计算得到的投入时间tn来触发fcl。由于一般故障也分为相对严重和相对轻微，这样的设置，当故障为一般故障时，故障相对越严重则fcl的投入时间越早，从而保证限流的及时性和有效性。

14、如果是轻微故障，则依靠预设的保护系统指令触发fcl即可，这样，可以避免fcl拒动而导致故障得不到处理。同时，也可以避免fcl频繁启动造成故障电流过抑制。

15、本方法以网侧fcl优先，源侧mmc补充。网侧fcl的参数配置仅需考虑大多数故障严重程度，而非常严重的小部分故障则考虑利用源侧mmc主动限流控制补充限流。并且，还会根据评估的故障具体严重程度，在不同的时机投入fcl。

16、综上，本方法可以降低fcl的配置成本，并解决限流参数与故障严重程度难以匹配的问题。

17、优选地，s2中，进行故障模拟时，设定直流断路器dccb于故障后5ms进行开断，且预期的关断电流为6ka。

18、这样，可以保证故障模拟的有效性，并有效的分析fcl的投入时机对故障处理的影响。

19、优选地，s2中，进行故障模拟时，若故障检测后立即投入fcl，5ms后故障电流仍大于6ka，则把该故障认定为严重故障；记录不同严重故障下的故障电流初始变化率，并把其中最小值记作d1。

20、这样，通过故障模拟可以得到各类型的严重故障，并记录其最小故障电流初始变化率d1，从而便于在实际出现故障时快速准确的判断其是否为严重故障。

21、优选地，s2中，进行故障模拟时，若按照保护系统指令触发fcl，5ms后的故障电流小于6ka，则把该故障认定为轻微故障；记录不同轻微故障下的故障电流初始变化率，并把其中最大值记作d2。

22、这样，通过故障模拟可以得到各类型的轻微故障，并记录其最大故障电流初始变化率d2，从而便于在实际出现故障时快速准确的判断其是否为轻微故障。

23、优选地，s4中，使用下式计算模块化多电平换流器mmc的调压系统kmmc；

24、

25、这样，当故障为严重故障时，可以根据其具体严重程度，计算相应的mmc的调压系统kmmc，从而保证源侧mmc补充限流的合理性。

26、优选地，s4中，若公式计算得到的调压系统kmmc的值小于0.6，则调压系统kmmc取值0.6。

27、这样，可以避免引起模块化多电平换流器mmc的桥臂闭锁，危及系统安全运行。

28、优选地，s5中，使用下式计算fcl的投入时间tn：

29、

30、式中，ts代表保护系统指令发出时间，ta代表故障检测延时。

31、这样，当故障为一般故障时，可以根据故障的相对严重程度，计算网侧fcl的具体投入时间，从而保证在一般故障时网侧fcl投入时机的合理性，避免fcl启动不及时的同时，还可以避免故障电流过抑制。

32、优选地，s6中，依靠预设的保护系统指令触发fcl时，fcl的投入时间等于保护系统指令发出时间ts。

技术特征：

1.一种考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于：s2中，进行故障模拟时，设定直流断路器dccb于故障后5ms进行开断，且预期的关断电流为6ka。

3.如权利要求2所述的考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于：s2中，进行故障模拟时，若故障检测后立即投入fcl，5ms后故障电流仍大于6ka，则把该故障认定为严重故障；记录不同严重故障下的故障电流初始变化率，并把其中最小值记作d1。

4.如权利要求2所述的考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于：s2中，进行故障模拟时，若按照保护系统指令触发fcl，5ms后的故障电流小于6ka，则把该故障认定为轻微故障；记录不同轻微故障下的故障电流初始变化率，并把其中最大值记作d2。

5.如权利要求1所述的考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于：s4中，使用下式计算模块化多电平换流器mmc的调压系统kmmc；

6.如权利要求5所述的考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于：s4中，若公式计算得到的调压系统kmmc的值小于0.6，则调压系统kmmc取值0.6。

7.如权利要求1所述的考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于：s5中，使用下式计算fcl的投入时间tn：

8.如权利要求7所述的考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，其特征在于：s6中，依靠预设的保护系统指令触发fcl时，fcl的投入时间等于保护系统指令发出时间ts。

技术总结本发明属于柔性直流输电系统故障限流技术领域，尤其涉及一种考虑换流器控制的柔性直流电网自适应限流方法，包括：S1、在源侧设置基于半桥型MMC的模块化多电平换流器MMC，在网侧设置固态式故障限流器FCL；S2、故障模拟，记录严重故障下的故障电流初始变化率的最小值D<subgt;1</subgt;，轻微故障下的故障电流初始变化率的最大值D<subgt;2</subgt;；S3、实际发生故障时，获取故障发生时刻故障电流的一阶电流采样值D<subgt;sample</subgt;；若D<subgt;sample</subgt;≥D<subgt;1</subgt;则转到S4；若D<subgt;1</subgt;＞D<subgt;sample</subgt;＞D<subgt;2</subgt;则转到S5；若D<subgt;sample</subgt;≤D<subgt;2</subgt;则转到S6；S4、立刻触发FCL；同时触发模块化多电平换流器MMC限流控制；S5、根据计算得到的投入时间t<subgt;n</subgt;来触发FCL；S6、依靠预设的保护系统指令触发FCL。本方法可以降低FCL的配置成本，并解决限流参数与故障严重程度难以匹配的问题。技术研发人员：廖建权,刘洋涛,郭春生,王渝红受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29