【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性直流输电，具体涉及一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法及系统。
技术介绍
1、基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter, mmc）的柔性直流输电技术（voltage source converter based high voltage direct current, vsc-hvdc）因其不依赖电网换相、支持孤岛运行、开关损耗低、输出电压谐波含量低以及可扩展性强的优势，近年来成为国内外研究的热点，并已广泛应用于如海上风电汇集站等实际工程。而新提出的半波交替型模块化多电平换流器（half-wave alternating mmc, ha-mmc）在继承常规模块化多电平换流器优点的同时还具有更少的子模块数量，减少了结构规模、提高了系统经济性。
2、然而，海风汇集站的线路接出过程中，可能会发生直流短路故障，其中单极接地故障是发生概率最高的故障类型。对于应用了模块化多电平换流器的直流输电系统而言，故障的快速穿越能力尤为重要。由于接地阻抗通常较大，单极接地故障的等效电路可以近似视为开路，因此对系统的运行影响较小，通常不需要采取保护动作。然而，故障会在交流侧引起一半额定直流电压的偏置，并在健全极的直流母线出现2倍的过电压。对于上述故障，一般采用子模块的负电平输出能力实现无闭锁故障穿越。在这一过程中，换流器保持可控状态，子模块电容电压能够在故障穿越期间良好平衡，且故障解除后可以快速恢复。在无闭锁故障穿越过程中，故障极的桥臂通常会旁路半桥子模块，仅投入全桥子模块以消
3、与常规模块化多电平换流器相同，半波交替型模块化多电平换流器也会发生单极接地故障。在故障发生时，半波交替型模块化多电平换流器同样可以利用全桥子模块的负电平输出能力实现无闭锁故障穿越。同时，由于半波交替型模块化多电平换流器与常规模块化多电平换流器不同的交替复用结构和运行方式使得其相间的能量均衡机理更加复杂，因此与常规模块化多电平换流器相比甚至会面临更严重的桥臂间和相间能量不均衡的问题。这种不均衡导致交流侧和直流侧电流产生低频谐波污染，进一步引发子模块电容电压的波动。电容电压的上升会增加开关器件的电压应力，缩短其使用寿命；而电压的下降则会影响换流器的输出性能。
4、因此，需要一种适用于半波交替型模块化多电平换流器的故障穿越方法，在故障穿越过程中实现各相能量的平衡，避免系统不稳定加剧。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法及系统。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，应用于半波交替型模块化多电平换流器，包括：
4、响应于单极接地故障的检测信号，确定直流侧的故障电路段及故障极，并确定位于故障电路段两端的换流器；
5、根据故障极的极性改变各桥臂的输出电压，使故障电路段两端的交流输出电压与故障电路段的直流电压匹配，穿越故障电路段；
6、获取故障电路段两端的交流输出的各相的电压和电流，计算用于维持各桥臂能量均衡的环流控制信号；
7、根据环流控制信号调制各桥臂的输出电平，使桥臂和相间的能量均衡。
8、作为一种优选的实施方式，根据故障极改变各桥臂的输出电压的步骤包括：
9、若正极为故障极，当桥臂正向导通时，控制该桥臂中全桥子模块的总正电平输出降低；
10、若负极为故障极，当桥臂反向导通时，控制该桥臂中全桥子模块的总正电平输出降低。
11、作为一种优选的实施方式，计算用于维持各桥臂能量均衡的环流控制信号的步骤包括：
12、计算用于维持各桥臂能量均衡的环流控制信号的步骤包括：
13、基于流经各相的电压及电流的大小、角频率，计算各桥臂在一个周期内积累的能量为零所需的基频环流和奇次倍频环流的幅值和相角。
14、作为一种进一步优选的实施方式，计算基频环流和奇次倍频环流的幅值和相角时，奇次倍频环流忽略高于三倍频的分量。
15、作为一种优选的实施方式，根据环流控制信号调制各桥臂的输出电平，使桥臂和相间的能量均衡的步骤包括：
16、根据环流控制信号调制各桥臂的输出电平，使各桥臂的输出电平贴合原始电平和环流控制信号之和。
17、作为一种优选的实施方式，调制使用最近电平逼近或脉冲宽度调制方法。
18、作为一种优选的实施方式，调制对各桥臂中的全桥子模块分别施加控制信号。
19、作为一种优选的实施方式，方法还包括：
20、响应于单极接地故障的恢复信号，控制全桥子模块恢复正常工作状态。
21、另一方面，本专利技术还提供一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越系统，包括主控制单元：响应于单极接地故障的检测信号，确定直流侧的故障电路段及故障极，并确定位于故障电路段两端的换流器；
22、级控制单元：根据故障极的极性改变各桥臂的输出电压，使故障电路段两端的交流输出电压相同，穿越故障电路段；
23、环流计算单元：获取故障电路段两端的交流输出的各相的电压和电流，被配置为根据故障电路段两端的交流输出的各相的电压和电流计算用于维持各桥臂能量均衡的环流控制信号；
24、阀控制单元：根据环流控制信号调制全桥子模块的输出电平，向交流侧注入环流控制信号，使交流侧的能量均衡。
25、作为一种优选的实施方式，主控制单元还响应于单极接地故障的恢复信号，控制全桥子模块恢复正常工作状态。
26、本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
27、本专利技术的模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法及系统可以在充分利用现有的交流端口三相电源以及有策略地控制交流电流的基础上实现了单极接地故障的平稳穿越，并对单极接地故障中的系统能量进行均衡控制，同时不需要任何辅助电源对能量进行补偿、也不需要额外的设备投资成本。
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1.一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，应用于半波交替型模块化多电平换流器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，所述根据故障极改变各桥臂的输出电压的步骤包括：
3.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，所述计算用于维持各桥臂能量均衡的环流控制信号的步骤包括：
4.如权利要求3所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，计算基频环流和奇次倍频环流的幅值和相角时，所述奇次倍频环流忽略高于三倍频的分量。
5.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，根据所述环流控制信号调制所述各桥臂的输出电平，使桥臂和相间的能量均衡的步骤包括：
6.如权利要求5所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，所述调制使用最近电平逼近或脉冲宽度调制方法。
7.如权利要求5所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，所述调制对各桥臂中的
8.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，方法还包括：
9.一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越系统，其特征在于，包括主控制单元：响应于单极接地故障的检测信号，确定直流侧的故障电路段及故障极，并确定位于所述故障电路段两端的换流器；
10.如权利要求9所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越系统，其特征在于，所述主控制单元还响应于单极接地故障的恢复信号，控制所述全桥子模块恢复正常工作状态。
...【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，应用于半波交替型模块化多电平换流器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，所述根据故障极改变各桥臂的输出电压的步骤包括：
3.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，所述计算用于维持各桥臂能量均衡的环流控制信号的步骤包括：
4.如权利要求3所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，计算基频环流和奇次倍频环流的幅值和相角时，所述奇次倍频环流忽略高于三倍频的分量。
5.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的单极接地故障穿越方法，其特征在于，根据所述环流控制信号调制所述各桥臂的输出电平，使桥臂和相间的能量均衡的步骤包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：马骏超，吴哲，陆承宇，李宇薇，王毅，孙可，刘佳宁，王晨旭，顾益磊，郑朝明，陈庆伟，刘辉乐，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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