一种MMC-STATCOM自适应冗余运行方法技术

本发明专利技术公开了一种MMC‑STATCOM自适应冗余运行方法，当MMC‑STATCOM正常运行时，判断其是否有子模块故障，当发现子模块故障时，根据MMC‑STATCOM的控制模式采取不同措施：当MMC‑STATCOM处于恒无功控制模式时，仅切除故障子模块及处于故障子模块所在相的另一桥臂对称位置子模块。当MMC‑STATCOM处于恒电压控制模式时，同时切除故障子模块及三相各桥臂所有对称位置的子模块。本发明专利技术目的在于解决无冗余子模块MMC‑STATCOM发生子模块故障时三相电压不平衡问题，实现子模块故障时三相电压平衡，保持系统的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种MMC-STATCOM自适应冗余运行方法
本专利技术涉及MMC拓扑的静止同步补偿器，尤其涉及一种MMC-STATCOM自适应冗余运行方法。
技术介绍
MMC是一种多电平换流器，由三相组成，三相共用一个直流母线，每相包含两个桥臂，每个桥臂由多个子模块串联组成。使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)等可控的开关元件，具有输出谐波少、模块化程度高等特点，因而在电力系统中具有广泛的应用前景，常应用于高压直流输电(HVDC)、静止同步补偿器(STATCOM)等。与传统的多电平型静止同步补偿器相比，MMC型静止同步补偿器模块化程度高、扩展性好、电压波形质量好、谐波畸变率低、开关损耗低、故障清除能力强等特点。当运行中子模块发生故障时，会引起三相电压不平衡，导致系统中断，影响系统的稳定运行。目前通常采用配置冗余子模块的方法避免子模块故障对系统的影响，但是在MMC-STATCOM中配置冗余子模块依然存在一些不足，一方面会增加资金投入，降低效率，另一方面还会加大系统控制的难度。且当某桥臂无更多的冗余子模块可供使用时出现子模块故障将导致三相电压不平衡问题，影响系统的稳定运行。
技术实现思路
本专利技术提供的一种MMC-STATCOM自适应冗余运行方法，目的在于解决无冗余子模块MMC-STATCOM发生子模块故障时三相电压不平衡问题，实现子模块故障时三相电压平衡，保持系统的稳定运行。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术包括如下步骤：S1.MMC-STATCOM正常运行，判断其是否有子模块故障。S2.若有故障，根据MMC-STATCOM的控制模式进入S3或S4；若没有故障，运行结束。S3.当MMC-STATCOM处于恒无功控制模式时，仅切除故障子模块及处于故障子模块所在相(简称故障相)的另一桥臂对称位置子模块；同时调整故障相未被切除的所有子模块单元电压控制指令，保持该相所有子模块输出电压与其它两相所有子模块输出电压相等。S4.当MMC-STATCOM处于恒电压控制模式时，同时切除故障子模块及三相各桥臂所有对称位置的子模块，并调整所有各相未被切除子模块的单元电压控制指令，保持直流侧母线电压不变。进一步地，所述步骤S3中，非故障相上下桥臂所有子模块保持输出额定单元电压不变。进一步地，所述步骤S3中，故障相未被切除子模块单元电压控制指令依据下式计算：其中，Ud为直流侧额定电压，N为原桥臂子模块的个数，x为故障子模块个数。进一步地，所述步骤S4中，各相未被切除子模块的单元电压控制指令依据下式计算：其中，Ud为直流侧额定电压，N为原桥臂子模块的个数，x为故障子模块个数。进一步地，发生故障的子模块个数范围与子模块电容耐压倍数和桥臂子模块数量有关，满足下式：其中，k为子模块电容耐压倍数，N为原桥臂子模块的个数。进一步地，所述MMC-STATCOM三相各桥臂无需额外设置冗余子模块。有益效果本专利技术提供的一种MMC-STATCOM自适应冗余运行方法，当运行中的MMC-STATCOM子模块发生故障时，根据恒电压控制模式时对电压波形质量要求较高和恒无功控制模式时电压波形要求不太高的特点，设计了不同的方案，使MMC-STATCOM可以在子模块故障后继续运行，减少系统中断造成的损坏，并且可以灵活地调整故障子模块的更换和维修计划；同时该专利技术方法还省去了MMC-STATCOM配置冗余子模块的需求。附图说明图1是MMC-STATCOM自适应冗余运行方法的流程图；图2是MMC-STATCOM结构示意图；图3是MMC-STATCOM恒无功模式时子模块故障切除方式示意图；图4是是MMC-STATCOM恒电压模式时子模块故障切除方式示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。如附图1所示，MMC-STATCOM的控制模式时由适用场景的实际控制需求决定，本专利技术的具体实施例是根据不同控制模式下MMC-STATCOM发生子模块故障时采取相应的方式，避免三相电压不平衡，提高系统的运行可靠性。图2是根据本专利技术的一个实施例说明MMC-STATCOM的结构示意图。如图所示，MMC-STATCOM由A，B，C三相组成，每相分为上下两个桥臂，上、下桥臂又分别由N个相同的子模块和一个桥臂电抗L0串联构成。三相的交流电压通过交流端a、b和c输出，这些输出电压经过电抗器Ls连接到三相交流电网。MMC-STATCOM通过控制各子模块运行时的输出电压，使交流端输出预期的交流电压，同时保持各桥臂所有子模块交流端口电压之和等于直流母线电压。以A相为例，设Ud为直流侧正负母线之间的电压，Uc为子模块的直流电容电压，并假设该相所有子模块直流电容电压相等，可得正常运行过程中直流侧母线电压如下式：Ud＝NUC当运行中的某个子模块发生故障或由于任意原因无法运行时，以A相上桥臂某子模块为例，此时A相桥臂的输出电压值会小于其他两相桥臂的输出电压值，导致三相不平衡，长时间的不平衡会引起系统中断。为了防止系统运行中断，同时满足MMC-STATCOM的不同运行模式的需求，采用不同的措施应对不同运行模式下的子模块故障问题。若MMC-STATCOM处于恒无功模式，A相上桥臂子模块1出现故障，考虑到恒无功模式对三相交流电压波形质量要求不高，仅切除该故障子模块及下桥臂对应位置的子模块，如图3所示。这时，A相供给直流侧电压变为该相除切除子模块外其他子模块电压之和，用公式可表示为为了保持电压平衡，控制B、C两相子模块单元输出电压依然为额定单元输出电压Uc，A相除了切除的两个子模块外控制其他子模块输出电压如下式若MMC-STATCOM处于恒电压模式，A相上桥臂子模块1出现故障，考虑到恒电压模式对三相交流电压波形质量要求较高，为了维持三相电压波形的对称，切除该故障子模块及其他5个桥臂对应位置的子模块，如图4所示。这时，各相供给直流侧的电压变为各相除切除子模块外其他子模块电压之和，用公式可表示为为了维持直流侧母线电压稳定，控制各相除了切除的子模块外其他子模块输出电压如下式假设在该MMC-STATCOM中，每个桥臂子模块数量为10个，直流侧额定电压为10KV，每个子模块的额定单元输出电压为1KV。在恒无功控制模式下，当A相上桥臂子模块1发生故障时，切除A相上下桥臂的子模块1，B、C两相不变，并将A相其余子模块输出电压调整为1.25KV。在恒电压控制模式下，当A相上桥臂子模块1发生故障时，切除三相上下桥臂的子模块1，并将各相其余子模块输出电压调整为1.25KV。另外，以该MMC-STATCOM的子模块电容为1.5倍耐压为例，可计算出该方法适用于发生故障的子模块数为3个及以内。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本专利技术的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本专利技术精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本专利技术的权利要求保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC‑STATCOM自适应冗余运行方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.MMC‑STATCOM正常运行，判断其是否有子模块故障；S2.若有故障，根据MMC‑STATCOM的控制模式进入S3或S4；若没有故障，运行结束；S3.当MMC‑STATCOM处于恒无功控制模式时，切除故障子模块及处于故障子模块所在相的另一桥臂对称位置子模块；同时调整故障相未被切除的所有子模块单元电压控制指令，保持该相所有子模块输出电压与其它两相所有子模块输出电压相等；S4.当MMC‑STATCOM处于恒电压控制模式时，同时切除故障子模块及三相各桥臂所有对称位置的子模块，并调整所有各相未被切除子模块的单元电压控制指令，保持直流侧母线电压不变。

【技术特征摘要】
1.一种MMC-STATCOM自适应冗余运行方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.MMC-STATCOM正常运行，判断其是否有子模块故障；S2.若有故障，根据MMC-STATCOM的控制模式进入S3或S4；若没有故障，运行结束；S3.当MMC-STATCOM处于恒无功控制模式时，切除故障子模块及处于故障子模块所在相的另一桥臂对称位置子模块；同时调整故障相未被切除的所有子模块单元电压控制指令，保持该相所有子模块输出电压与其它两相所有子模块输出电压相等；S4.当MMC-STATCOM处于恒电压控制模式时，同时切除故障子模块及三相各桥臂所有对称位置的子模块，并调整所有各相未被切除子模块的单元电压控制指令，保持直流侧母线电压不变。2.根据权利要求1所述的MMC-STATCOM自适应冗余运行方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉坤，汤国晟，张亮，杨婷，徐昊，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32