基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2017.08.007

电力建设 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (8): 52-.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2017.08.007

基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究

张峻榤1，向往1，林卫星1,2，文劲宇1

（1. 强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院），武汉市430074；2. 特变电工新疆新能源股份有限公司，乌鲁木齐市830011）

出版日期:2017-08-01
作者简介:张峻榤（1992），男，硕士研究生，主要研究方向为柔性直流输电系统运行与控制等分号向往（1990），男，博士，本文通讯作者，主要研究方向为模块化多电平换流器、直流电网运行与控制等分号林卫星（1986），男，博士，主要研究方向为直流电网、直流-直流变换器、直流输电等分号文劲宇（1970），男，教授，主要研究方向为电力系统运行与控制、电能存储与电力安全、多端直流输电与直流电网、新能源并网与规划等。
基金资助:
国家重点研发计划项目（2016YFB0901002）

DC Fault Protection of VSC-HVDC Grid Based on Hybrid MMC and DC Switch

ZHANG Junjie1, XIANG Wang1, LIN Weixing1,2, WEN Jinyu1

（1. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology （School of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology）, Wuhan 430074, China； 2.TBEA Sunoasis Co., Ltd., Urumchi 830011, China）

Online:2017-08-01
Supported by:
Project supported by National Key Research and Development Program （2016YFB0901002）

摘要/Abstract

摘要： 摘要：提出了采用混合型模块化多电平换流器（hybrid modular multilevel converter, hybrid MMC）和直流开关构建柔性直流电网进行架空线远距离电能传输的方案。针对由全桥型子模块和半桥型子模块组成的混合型MMC，分析了其拓扑结构、基本运行原理和直流电压运行区间，提出了混合型MMC的三自由度控制架构，并详细分析了直流故障穿越控制策略，进而设计了混合型MMC构成的柔性直流电网的故障清除策略和多次重启动时序。故障期间，混合型MMC无须闭锁IGBT，可控制故障电流至0，从而保持不间断运行、持续向交流系统提供无功支撑。3次重启动失败后，架空柔性直流电网配置的直流开关在零故障电流下开断以隔离故障电流通道，直流电网重启，线路潮流发生转移。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提出的故障清除策略及重启动时序的可行性。

关键词: 架空线, 柔性直流电网, 混合型模块化多电平换流器（hybrid MMC）, 故障保护

Abstract: ABSTRACT： To transmit the bulk renewable power using overhead lines, this paper proposes a VSC-HVDC grid transmission system based on hybrid modular multilevel converter （hybrid MMC） and DC switch. According to the hybrid MMC composed of half bridge sub-modules and full bridge sub-modules, this paper analyzes its topology, basic operating principle and DC voltage operating region, proposes a control framework embedding three-channel control freedom for hybrid MMC, analyzes the DC fault ride through control strategy in detail, and then designs the fault clearing method and multiple restart sequence of the VSC-HVDC DC grid based on hybrid MMC. During the DC fault, hybrid MMC can control the fault current to be zero without tripping the IGBTs. Therefore, the DC grid remains continuous operation to provide reactive power to the AC system. During post-fault, if the system fails to restart after three restart attempts, the DC switches installed at the overhead lines will be tripped to isolate the fault path at zero DC current. After fault clearance, as the change of network topology, the power flow will be re-distributed. At last, the feasibility of the fault clearing strategy and restart sequence is validated in PSCAD/EMTDC.

Key words: overhead lines, VSC-HVDC grid, hybrid MMC, fault protection

中图分类号:

TM 755

张峻榤，向往，林卫星，文劲宇. 基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 52-.

ZHANG Junjie, XIANG Wang, LIN Weixing, WEN Jinyu. DC Fault Protection of VSC-HVDC Grid Based on Hybrid MMC and DC Switch

[J]. Electric Power Construction, 2017, 38(8): 52-.

参考文献

［1］孙栩, 曹士冬, 卜广全, 等. 架空线柔性直流电网构建方案［J］. 电网技术, 2016, 40（3）: 678-682.

SUN Xu, CAO Shidong, BU Guangquan, et al. Construction scheme of overhead line flexible HVDC grid［J］. Power System Technology, 2016, 40（3）: 678-682.

［2］饶宏, 宋强, 刘文华, 等. 多端 MMC 直流输电系统的优化设计方案及比较［J］. 电力系统自动化, 2013, 37（15）: 103-108.

RAO Hong, SONG Qiang, LIU Wenhua, et al. Optimized design solutions for multi-terminal VSC-HVDC system using modular multilevel converters and their comparison ［J］. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37（15）: 103-108.

［3］李岩, 罗雨, 许树楷，等. 柔性直流输电技术:应用、进步与期望［J］. 南方电网技术, 2015, 9（1）:7-13.

LI Yan, LUO Yu, XU Shukai, et al. VSC-HVDC transmission technology: Application，advancement and expectation ［J］. Southern Power System Technology, 2015, 9（1）: 7-13.

［4］PEREZ M A, BERNET S, RODRIGUEZ J, et al. Circuit topologies, modeling, control schemes, and applications of modular multilevel converters［J］. IEEE Transactions on Power Electronics, 2015, 30（1）: 4-17.

［5］QIN J, SAEEDIFARD M, ROCKHILL A, et al. Hybrid design of modular multilevel converters for HVDC systems based on various submodule circuits［J］. IEEE Transactions on Power Delivery, 2015, 30（1）: 385-394.

［6］胡航海, 李敬如, 杨卫红, 等. 柔性直流输电技术的发展与展望［J］. 电力建设, 2011, 32（5）: 62-66.

HU Hanghai, LI Jingru, YANG Weihong, et al. The development and prospect of HVDC flexible technology［J］. Electric Power Construction, 2011, 32（5）: 62-66.

［7］李斌, 何佳伟, 李晔, 等. 多端柔性直流系统直流故障保护方案［J］. 中国电机工程学报, 2016, 36（17）: 4627-4636.

LI Bin, HE Jiawei, LI Ye, et al. DC fault protection strategy for the flexible multi-terminal DC system［J］. Proceedings of the CSEE, 2016, 36（17）: 4627-4636.

［8］SNEATH J, RAJAPAKSE A D. Fault detection and interruption in an earthed HVDC grid using ROCOV and hybrid DC breakers［J］. IEEE Transactions on Power Delivery, 2016, 31（3）: 973-981.

［9］LIN W, JOVCIC D, NGUEFEU S, et al. Modelling of high-power hybrid DC circuit breaker for grid-level studies［J］. IET Power Electronics, 2016, 9（2）: 237-246.

［10］杜翼, 江道灼, 陈可, 等. 混合式高压直流断路器的控制策略与实验研究［J］. 电力建设, 2014，35（8）: 6-11.

DU Yi, JIANG Daozhuo, CHEN Ke, et al. Control strategy and experimental study of hybrid HVDC circuit breaker［J］. Electric Power Construction, 2014,35（8）: 6-11.

［11］陈可, 江道灼, 谢峰, 等. 一种含有均压均流电路的限流式高压直流断路器［J］. 电力建设, 2015, 36（11）: 108-114.

CHEN Ke, JIANG Daozhuo, XIE feng, et al. A current-limiting HVDC circuit breaker with equalizing circuit［J］. Electric Power Construction, 2015, 36（11）: 108-114.

［12］HFNER J, JACOBSON B. Proactive hybrid HVDC breakers:A key innovation for reliable HVDC grids［C］// The Electric Power System of the Future-Integrating Supergrids and Microgrids. Bologna:CIGRE Technical Committee and the Italian GIGRE National Committee, 2011.

［13］向往, 林卫星, 文劲宇, 等. 一种能够阻断直流故障电流的新型子模块拓扑及混合型模块化多电平换流器［J］. 中国电机工程学报, 2014, 34（29）: 5171-5179.

XIANG Wang, LIN Weixing, WEN Jinyu, et al. A new topology of sub-modules with DC fault current blocking capability and a new type of hybrid MMC converter［J］. Proceedings of the CSEE, 2014, 34（29）: 5171-5179.

［14］薛英林, 徐政. C-MMC直流故障穿越机理及改进拓扑方案［J］. 中国电机工程学报, 2013, 33（21）: 63-70.

XUE Yinlin, XU Zheng.DC fault ride-through mechanism and improved topology scheme of C-MMC［J］. Proceedings of the CSEE, 2013, 33（21）: 63-70.

［15］MARQUARDT R. Modular multilevel converter: An universal concept for HVDC-networks and extended DC-bus-applications［C］//Power Electronics Conference （IPEC）, 2010 International. Sapporo:IEEE, 2010: 502-507.

［16］吴亚楠, 吕铮, 贺之渊, 等. 基于架空线的直流电网保护方案研究［J］. 中国电机工程学报, 2016, 36（14）: 3726-3733.

WU Yanan, L Zheng, HE Zhiyuan, et al. Study on the protection strategies of HVDC grid for overhead line application［J］. Proceedings of the CSEE, 2016, 36（14）: 3726-3733.

［17］LIN W, JOVCIC D, NGUEFEU S, et al. Full-bridge MMC converter optimal design to HVDC operational requirements［J］. IEEE Transactions on Power Delivery, 2015, 31（3）: 1-1.

［18］李少华, 王秀丽, 李泰, 等. 混合式MMC及其直流故障穿越策略优化［J］. 中国电机工程学报, 2016, 36（7）: 1849-1858.

LI Shaohua, WANG Xiuli, LI Tai, et al. Optimal design for hybrid MMC and its DC fault ride-through strategy［J］. Proceedings of the CSEE, 2016, 36（7）: 1849-1858.

［19］王海军, 吕鹏飞, 曾南超,等. 贵广直流输电工程直流线路故障重启动功能研究［J］. 电网技术, 2006, 30（23）: 32-35.

WANG Haijun, L Pengfei, ZENG Nanchao, et al. Research on DC line fault recovery sequence of Guizhou—Guangdong HVDC project［J］. Power System Technology, 2006, 30（23）: 32-35.

[1]	陈宁，齐磊，崔翔，马江江. 柔性直流电网单极接地短路电流计算方法[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 119-127.
[2]	傅庆燕，高亮，裴翔羽. 基于等效行波的柔性直流电网差动保护研究[J]. 电力建设, 2019, 40(3): 109-116.
[3]	丁骁，汤广福，韩民晓，高冲，王高勇. 基于LC电源的混合式高压直流断路器分断试验方法[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 2-.
[4]	陆晶晶, 刘正富，张剑，袁敞，肖湘宁，杨用春. MMC型统一电能质量控制器故障分析及保护策略[J]. 电力建设, 2015, 36(5): 31-36.
[5]	刘根宁，呙年，梁自超. 覆冰状态下架空输电线路模型参数变化分析[J]. 电力建设, 2014, 35(12): 84-88.
[6]	周凯敏，周健. 降雨诱发山区线路溜坡的型试验与机理研究[J]. 电力建设, 2013, 34(11): 7-11.
[7]	刘宣宣，张巧玲. 海南与南方电网联网工程500 kV 线路保护配置分析[J]. 电力建设, 2010, 31(6): 31-34.
[8]	彭向阳1，周华敏2，郑晓光1. 架空线路在线监测系统建设及运行分析 [J]. 电力建设, 2009, 30(9): 20-24.
[9]	甘凤林; 杨振伟; 代晓光. 牛顿法在架空线应力计算中的应用[J]. 电力建设, 2009, 30(8): 129-129.
[10]	龚宇清1; 梁宁川2; 龚永光3. 架空送电线路导线电气距离的公式计算方法[J]. 电力建设, 2009, 30(7): 24-27.
[11]	蔡斯特, 芮晓明, 倪海云. 架空线路导线分层力学模型及应用 [J]. 电力建设, 2009, 30(11): 8-12.
[12]	李聚聪1; 张育奇1; 鲁进2. 新型导线在厦门220kV跨海通道增容改造中的应用[J]. 电力建设, 2009, 30(1): 86-90.
[13]	孟毓 . 采用屏蔽线降低架空线线下场强的研究[J]. 电力建设, 2008, 29(5): 30-0.
[14]	王洪,,柳亦兵,董玉明,张会韬,吴建宏 . 架空线路大跨越工程运行前后防振效果对比试验研究[J]. 电力建设, 2008, 29(10): 18-0.
[15]	李博之 . 承受均布自重荷载和集中作业荷载的大跨越档架空线[J]. 电力建设, 2006, 27(7): 1-0.

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DC Fault Protection of VSC-HVDC Grid Based on Hybrid MMC and DC Switch

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