分析模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障控制方法

分析模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障控制方法

余黎明安海清

（国网冀北电力检修分公司北京102488）

摘要：针对目前模块化多电平柔性直流输电系统运行过程出现的网侧故障问题，文章从实践角度出发，分析了系统网侧故障的控制现状，并提出了相应的优化控制措施，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。

关键词：模块化多电平柔性直流输电系统；网侧故障；控制方法

0引言

模块化多电平柔性直流输电系统，是促进所处电力系统运行环境可持续发展的关键。然而，其在运行控制过程，易受不平衡电流的影响，而降低网侧故障控制措施运用的效果价值。为此，相关建设者应对以往模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障的产生情况进行分析，即在明确网侧故障控制现状的情况下，对其采用相应的处理措施。如此，模块化多电平柔性直流输电系统的运行稳定性就能得到控制，进而推动现代化经济建设的全面发展进程。

1研究模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障控制方法的现实意义

作为一种运用半桥模块单元串联方式的多电平换流器，模块化多电平换流器（ModularMultilevelConverter，MMC），其与两电平拓扑相比较，不仅增加了交流输出电压的电平数，还降低了控制周期所输出的电压变化程度，有效减少了开关器件因系统运行环境的开关状态变化所要承受的电压变化率。在运行实践过程，由于模块化多电平换流器的输出电压，是由上下桥臂的子模块按照控制命令投退形成，因而，能够通过增加电平数，来降低换流器的输出电压谐波，进而满足系统运行输出波形的质量需求。

然而，在连接模块化多电平柔性直流系统与有源电网时，交流网侧存在不对称问题故障，需要相关建设人员采用相应的措施方法来消除电网运行不平衡问题所带来的影响。要想实现这一目标，相关人员需在明确模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障的控制现状前提下，来使采取的措施方法更趋效用[1]。

2模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障的控制现状

经对模块化多电平柔性直流系统的交直流侧联系过程进行分析，发现换流器输出的瞬时有功功率与无功功率成分含有二倍频的成分。这是由于正负序电压与电流分量相耦合而产生的，研究人员需根据交直流侧功率平衡原理对直流电压的作用稳定性进行分析。

实际网侧输出功率和换流器侧输出功率不相等，在满足一侧基波功率输出控制目标时，另外一侧必然不能同时满足。控制自由度为4，无法满足同时消除有功和无功脉动成分，也无法保证满足基波有功和无功指令要求。从功率控制和抑制直流侧电压二次谐波角度出发，实际上是向系统注入负序电流来保证直流电压稳定。此过程，在负序电流的同时，会加剧系统运行的不平衡电流影响，进而对自由度进行限制。此情况下，故障控制就无法兼顾无功波动对系统的不平衡影响。为此，相关建设者应将现有的科学技术成果充分利用起来，以解决上述故障控制方法的运用局限，进而降低环境因素可能带来的影响[2]。

3模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障的优化控制策略

3.1构建MMC数学模型

按照矢量控制方式设计换流器级控制，包括有功功率、无功功率、交流电压控制以及直流电压控制，提出一种基于故障负序电压叠加的控制方法。该方法可以消除故障电流中的负序分量，同时又避免了负序电流分解环节，以及负序电流分解和在线计算延时给控制系统的动态响应带来的不利影响，减去了负序电流控制环参数设计过程，对于工程应用具有实用价值[3]。

3.2电压输出控制

该控制方法的优化，就是在常规矢量控制器输出的基础上，增加负序电压叠加成分。这里的矢量控制器是指，电流解耦控制器，可表示为以下公式：

公式中，kp和ki分别表示为：比例和积分系数；idq表示为：阀侧电流在dq轴上的分量；i*dq表示为：参考值；u+dp=表示为：阀侧正序电压在dq轴上分分量。

3.3相位测量控制

为使模块化多电平柔性直流输电系统的网侧故障，在不平衡的条件下仍能准确获取基本的电压相位信息，研究人员采用了软件锁相环，即将阀侧电压作为静止坐标系环境下的分量输入，将阀侧电压相角位置作为输出。如图1所示，为故障控制系统的锁相环结构示意图。

图1故障控制系统锁相环

图中所示的数字信号处理器，能够将采集到的三相交流同步电压测量实时值通过变换来获得轴的分量。而后，再经过PI的调节，就可得到角频率的误差。将其与额定角频率进行相加，就可得到实际的角频率。如此，再进行积分环节的作用，就能得到具体的相位值。

3.4仿真系统的构建与验证

研究人员应利用PSCAD/EMTDC离线仿真软件，并按照相关柔性直流输电系统参数进行仿真模型建立。其中，送电和受电两端接入的交流系统等效为无穷大电源，按照实际换流阀搭建两端直流系统MMC模型。分别搭建两端控制系统，在功率接收站采用定直流电压控制，送端采用定功率控制。具体的仿真系统验证工作，应根据仿真初始条件来分析功率送出端模拟短路故障控制措施的运用效果。在网侧出现单相故障或者相间故障时，虽然故障期间阀侧电流有所上升，但被限制在1.25标幺值以下。从电流波形中可看出，仿真系统所含负序成分较小，可以判断该模块化多电平柔性直流输电系统的控制策略能有效抑制阀侧电流中的负序成分[4]。

4结束语：

综上所述，针对模块化多电平柔性直流输电系统运行过程出现的网侧故障问题，相关建设者应通过构建MMC数学模型、电压输出控制、相位测量控制以及仿真系统的构建与验证，来降低系统运行环境因素可能带来的影响。事实证明，只有这样，才能使针对网侧故障采取的措施方法发挥出应有的作用价值，进而提升模块化多电平柔性直流输电系统的运行可持续性。

参考文献：

[1]蒋冠前,李志勇,杨慧霞.柔性直流输电系统拓扑结构研究综述[J].电力系统保护与控制,2015,43(15):145-153.

[2]岳伟,易荣,张海涛.模块化多电平柔性直流输电系统的直流侧启动方法研究[J].电网与清洁能源,2014,30(10):8-12.

[3]刘亚磊,李兴源,曾琦.多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用[J].电力系统保护与控制,2013,41(21):9-14.

[4]胡兆庆,田杰,董云龙-.模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障控制策略及验证[J].电力系统自动化,2013,37(15):71-75-108.