【摘 要】
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基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）的高压直流输电与传统直流输电方式相比具有模块化程度高、开关频率低以及谐波含量少的优点,在直流输配电领域有着越来越广泛的应用。同时,随着大容量、远距离直流输电发展的迫切需要,建设成本更低的架空线输电方案成为未来发展的重要方向,但其又存在着故障率高的缺陷。直流短路故障后,由于直流电网具有低阻尼特性,故障发展速度快
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基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）的高压直流输电与传统直流输电方式相比具有模块化程度高、开关频率低以及谐波含量少的优点,在直流输配电领域有着越来越广泛的应用。同时,随着大容量、远距离直流输电发展的迫切需要,建设成本更低的架空线输电方案成为未来发展的重要方向,但其又存在着故障率高的缺陷。直流短路故障后,由于直流电网具有低阻尼特性,故障发展速度快,故障电流上升迅速,对系统安全运行存在严重威胁。因此,如何有效抑制直流故障电流,提高直流系统的故障穿越能力成为直流电网工程应用中需解决的关键问题。本文首先分析了MMC直流极间短路故障特性,在半桥子模块的基础上提出一种具有故障阻断能力的改进混合型半桥MMC（Modified Hybrid Half Bridge MMC,MH-HB-MMC）拓扑,设计了辅助电路动作时序及参数选择方法,分析了所提拓扑的经济性;搭建了MH-HB-MMC双端输电模型对其故障阻断性能进行了验证,MH-HB-MMC可在故障发生1.4ms内迅速阻断直流电流,并在60ms内完成故障能量耗散。其次,为降低直流电网中直流断路器电流阻断过程的电流应力,基于MMC直流极间短路故障特性分析,设计了一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法;分析了主动降低桥臂参考电压交直流分量对直流短路故障电流的影响,提出了限流方法控制参数的选取原则,构建了四端柔性直流电网对所提方法的限流效果进行分析验证,该方法可有效抑制直流短路电流,降低直流断路器的电流开断难度的同时兼顾了MMC桥臂的安全。最后,为进一步优化直流电网主动限流方法,提出一种直流电网自适应限流方法;详细分析了限流方法的工作原理及预期效果,提出了限流控制参数的选取方法,并进行了多种工况的仿真分析验证控制策略的有效性。仿真结果表明,该方法可根据故障电流上升率对故障后桥臂中子模块的投切自动调整,调节限流性能强弱,降低了主动限流控制策略对系统产生的冲击;有利于加快故障后的系统恢复。本文的研究对于抑制MMC-HVDC直流短路故障的发展速度,提高直流系统故障穿越能力具有重要意义。
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