自阻型模块化多电平换流器故障后恢复策略与等值模型
发布时间：2020-02-02 20:10
【摘要】：提出了一种可仿真故障后恢复过程的自阻型模块化多电平换流器(SB-MMC)等值电磁暂态模型。首先针对自阻型模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统在直流故障后快速恢复的问题,设计了SB-MMC故障后快速恢复控制器与恢复策略,并分析了自阻子模块在恢复过程中的动态特性。基于上述SB-MMC的动态过程分析,提出了适应于任意工况的SB-MMC等值电磁暂态模型。最后,通过在PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了SB-MMC等值电磁暂态模型的精确性并验证了故障后快速恢复控制方法的有效性。
【图文】：
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ等任意工况下的动态过程。最后，通过ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ下的多组仿真，，验证了上述等值电磁暂态模型的有效性；基于该等值模型，验证了ＳＢ－ＭＭＣ故障后快速恢复策略的正确性。１自阻型ＭＭＣ运行原理和动态过程分析１．１自阻型ＭＭＣ拓扑图１所示为自阻型ＭＭＣ的拓扑结构。自阻型ＭＭＣ的每个桥臂由Ｎ个子模块级联组成，其中Ｎ／２个子模块为自阻型子模块，Ｎ／２个为半桥型子模块（ｈａｌｆｂｒｉｄｇｅｓｕｂ－ｍｏｄｕｌｅ，ＨＢＳＭ）［９］。ＳＢＳＭ对偶拓扑如图１右上角所示。为分析方便，本文下述分析均以自阻型子模块拓扑１为例。图１自阻型ＭＭＣ拓扑Ｆｉｇ．１Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｓｅｌｆ－ｂｌｏｃｋｉｎｇＭＭＣ在正常运行时，ＳＢＳＭ中ＩＧＢＴ的Ｔ３一直保持为导通状态，Ｔ１，Ｔ２管的导通模式与ＨＢＳＭ相同。记器件Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３的触发信号分别为Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，则Ｓ１＝１，Ｓ２＝０，Ｓ３＝１时，ＳＢＳＭ电容被投入；Ｓ１＝０，Ｓ２＝１，Ｓ３＝１时，ＳＢＳＭ电容被切除。１．２启动工况动态过程分析启动过程中，ＳＢ－ＭＭＣ的Ｔ３一直处于导通状态。ＳＢ－ＭＭＣ的启动过程与半桥型ＭＭＣ类似［２３］，可分为以下两个阶段：在第一阶段，所有ＩＧＢＴ的Ｔ１，Ｔ２器件处于闭锁状态。以Ａ，Ｂ两相为例，图２（ａ）给出了Ａ相电流ｉＡ＞０（ｉＡ参考方向如图２（ａ）
ｄｃ＝ｖＡＢ－２Ｌ０ｄｉＡｄｔ－（ＶｕＡｃｓ＋ＶｄＢｃｓ）（４）当Ｓ１＝Ｓ２＝０，Ｓ３＝１时，ＳＢＳＭ的电容被旁路，ＳＢＳＭ输出为０；当Ｓ１＝Ｓ２＝０，Ｓ３＝０时，ＳＢＳＭ的电容被负投入充电，ＳＢＳＭ输出为负的电容电压。因此，通过控制ＳＢＳＭ中Ｔ３的开关状态，即可控制处于负投入状态的ＳＢＳＭ的个数，从而控制ＶｕＡｃｓ＋ＶｄＢｃｓ和充电电流的大校针对上述特点，本节设计了图３所示的桥臂电流控制器。通过该控制器可以控制桥臂充电电流在ＩＧＢＴ耐流的正常运行范围内，避免ＩＧＢＴ器件过热烧毁。图３以单相为例，给出了该相上下桥臂的桥臂电流控制器的设计框图。桥臂电流控制器实时检测桥臂电流Ｉｕｐ与Ｉｄｎ，并与桥臂电流参考值进行比较，通过比例—积分（ＰＩ）环节生成需要负投入的ＳＢＳＭ个数Ｎｅｍｆ＿ｕｐ与Ｎｅｍｆ＿ｄｎ。由于通过减小负投入的ＳＢＳＭ可以增大桥臂电流，为此Ｉａｒｍｒｅｆ与Ｉｕｐ做差时，Ｉａｒｍｒｅｆ取负号，Ｉｕｐ取正号。图３中，Ｆｒｃｌ为故障后快速恢复使能信号，当Ｆｒｃｌ＝１时，投入快速恢复控制器；当Ｆｒｃｌ＝０时，快速恢复控制器被闭锁。图３桥臂电流控制器Ｆｉｇ．３Ａｒｍｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｕｒｉｎｇｆａｓｔｒｅｃｏｖｅｒｙ桥臂电流在给直流线路充电的同时，也给处于负投入状态的自阻型子模块充电。为了平衡各ＳＢＳＭ在快速恢复过程中的能量，设计了图４所示的能量均衡控制。图４
【图文】：
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ等任意工况下的动态过程。最后，通过ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ下的多组仿真，，验证了上述等值电磁暂态模型的有效性；基于该等值模型，验证了ＳＢ－ＭＭＣ故障后快速恢复策略的正确性。１自阻型ＭＭＣ运行原理和动态过程分析１．１自阻型ＭＭＣ拓扑图１所示为自阻型ＭＭＣ的拓扑结构。自阻型ＭＭＣ的每个桥臂由Ｎ个子模块级联组成，其中Ｎ／２个子模块为自阻型子模块，Ｎ／２个为半桥型子模块（ｈａｌｆｂｒｉｄｇｅｓｕｂ－ｍｏｄｕｌｅ，ＨＢＳＭ）［９］。ＳＢＳＭ对偶拓扑如图１右上角所示。为分析方便，本文下述分析均以自阻型子模块拓扑１为例。图１自阻型ＭＭＣ拓扑Ｆｉｇ．１Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｓｅｌｆ－ｂｌｏｃｋｉｎｇＭＭＣ在正常运行时，ＳＢＳＭ中ＩＧＢＴ的Ｔ３一直保持为导通状态，Ｔ１，Ｔ２管的导通模式与ＨＢＳＭ相同。记器件Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３的触发信号分别为Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，则Ｓ１＝１，Ｓ２＝０，Ｓ３＝１时，ＳＢＳＭ电容被投入；Ｓ１＝０，Ｓ２＝１，Ｓ３＝１时，ＳＢＳＭ电容被切除。１．２启动工况动态过程分析启动过程中，ＳＢ－ＭＭＣ的Ｔ３一直处于导通状态。ＳＢ－ＭＭＣ的启动过程与半桥型ＭＭＣ类似［２３］，可分为以下两个阶段：在第一阶段，所有ＩＧＢＴ的Ｔ１，Ｔ２器件处于闭锁状态。以Ａ，Ｂ两相为例，图２（ａ）给出了Ａ相电流ｉＡ＞０（ｉＡ参考方向如图２（ａ）
ｄｃ＝ｖＡＢ－２Ｌ０ｄｉＡｄｔ－（ＶｕＡｃｓ＋ＶｄＢｃｓ）（４）当Ｓ１＝Ｓ２＝０，Ｓ３＝１时，ＳＢＳＭ的电容被旁路，ＳＢＳＭ输出为０；当Ｓ１＝Ｓ２＝０，Ｓ３＝０时，ＳＢＳＭ的电容被负投入充电，ＳＢＳＭ输出为负的电容电压。因此，通过控制ＳＢＳＭ中Ｔ３的开关状态，即可控制处于负投入状态的ＳＢＳＭ的个数，从而控制ＶｕＡｃｓ＋ＶｄＢｃｓ和充电电流的大校针对上述特点，本节设计了图３所示的桥臂电流控制器。通过该控制器可以控制桥臂充电电流在ＩＧＢＴ耐流的正常运行范围内，避免ＩＧＢＴ器件过热烧毁。图３以单相为例，给出了该相上下桥臂的桥臂电流控制器的设计框图。桥臂电流控制器实时检测桥臂电流Ｉｕｐ与Ｉｄｎ，并与桥臂电流参考值进行比较，通过比例—积分（ＰＩ）环节生成需要负投入的ＳＢＳＭ个数Ｎｅｍｆ＿ｕｐ与Ｎｅｍｆ＿ｄｎ。由于通过减小负投入的ＳＢＳＭ可以增大桥臂电流，为此Ｉａｒｍｒｅｆ与Ｉｕｐ做差时，Ｉａｒｍｒｅｆ取负号，Ｉｕｐ取正号。图３中，Ｆｒｃｌ为故障后快速恢复使能信号，当Ｆｒｃｌ＝１时，投入快速恢复控制器；当Ｆｒｃｌ＝０时，快速恢复控制器被闭锁。图３桥臂电流控制器Ｆｉｇ．３Ａｒｍｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｕｒｉｎｇｆａｓｔｒｅｃｏｖｅｒｙ桥臂电流在给直流线路充电的同时，也给处于负投入状态的自阻型子模块充电。为了平衡各ＳＢＳＭ在快速恢复过程中的能量，设计了图４所示的能量均衡控制。图４
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1 白路;史U
本文编号：2575781
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