張 倩 ,立梓辰 ,趙博文 ,張延遲

(1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司溧陽市供電分公司,江蘇省 溧陽市 213300;2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司,江蘇省 宿遷市 223600;3.國網(wǎng)上海市電力公司,上海市 浦東新區(qū) 200120;4.上海電機(jī)學(xué)院電氣學(xué)院,上海市 浦東新區(qū) 200120)

0 引言

在當(dāng)前大規(guī)模電網(wǎng)互聯(lián)的需求下,傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直流輸電方式已經(jīng)不能滿足需要,大規(guī)模多點(diǎn)互聯(lián)的多電源供電和多受點(diǎn)受電的多端直流輸電系統(tǒng)(multi-terminal direct current,MTDC)已經(jīng)成為目前的發(fā)展趨勢[1-4]。而模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)的開關(guān)損耗更低,輸出的電能質(zhì)量更好等優(yōu)勢,逐漸在多端柔性直流輸電中得到應(yīng)用[5-8]。

目前對(duì)于MTDC已有較多的研究成果[5-8]。這些研究從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略和故障識(shí)別等幾個(gè)方面進(jìn)行了有益的探討。文獻(xiàn)[9]介紹了多端直流網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),建立能提高系統(tǒng)靈活性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仿真功能模型,且增大線路的利用率。文獻(xiàn)[10]提出了一種混合型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并伴隨故障清除功能。文獻(xiàn)[11-12]根據(jù)多端直流系統(tǒng)各站的時(shí)序配合,設(shè)計(jì)了預(yù)充電識(shí)別方法,提出了多端直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)啟動(dòng)控制策略。文獻(xiàn)[13-14]介紹了混合式MMC 的高壓直流輸電系統(tǒng)的啟動(dòng)過程,并提出了基于混合式MMC直流輸電系統(tǒng)的有效控制策略。文獻(xiàn)[15]分析了系統(tǒng)換流站的啟動(dòng)對(duì)交流電網(wǎng)的影響。文獻(xiàn)[16-17]介紹了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組接入直流系統(tǒng)的MMC-MTDC系統(tǒng)的啟動(dòng)過程。文獻(xiàn)[18]從南方電網(wǎng)工程實(shí)際介紹柔性直流輸電在黑啟動(dòng)方面的優(yōu)勢。文獻(xiàn)[19]提出一種可適用于不同直流拓?fù)湫问胶徒恢绷鬟B接方式的MMC-MTDC系統(tǒng)的潮流算法。文獻(xiàn)[20]為了提高M(jìn)TDC系統(tǒng)穩(wěn)定性,將矢量控制和功率同步控制并存于同一個(gè)換流站,提出了一種同步切換控制策略。文獻(xiàn)[21]通過計(jì)算線路兩端差流的短時(shí)能量來區(qū)分故障線路和非故障線路,專門應(yīng)對(duì)MTDC 系統(tǒng)的故障識(shí)別;文獻(xiàn)[22]在下垂控制策略中使用直流電抗器兩端的電壓的線性組合作為輸入,提高了電壓源型換流器(voltage source converter,VSC)-MTDC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以上研究雖然提升了MTDC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和故障識(shí)別能力,但是對(duì)多端系統(tǒng)多換流站的協(xié)調(diào)啟動(dòng)過程的研究尚且不足。

而MMC相對(duì)于VSC具有開關(guān)損耗低、故障穿越能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)前多端柔性直流輸電發(fā)展的主流方向,研究主要從3個(gè)方面進(jìn)行[19-22]。文獻(xiàn)[23]針對(duì)傳統(tǒng)MMC 排序均壓策略計(jì)算量大、開關(guān)頻率高的問題,提出一種劃分子模塊投入優(yōu)先級(jí)的新型均壓策略;文獻(xiàn)[24]研究MMC-MTDC 系統(tǒng)的保護(hù)死區(qū),提出了一種新型線路保護(hù)方法;文獻(xiàn)[25]建立考慮交流側(cè)和直流側(cè)的雙同步旋轉(zhuǎn)參考系中下垂控制單端MMC 的線性時(shí)不變系統(tǒng) (linear time invariant,LTI)模型,研究MMC-MTDC 系統(tǒng)的直流電壓動(dòng)態(tài)特性,提出一種新的能量管理方法來提升虛擬電容控制性能。文獻(xiàn)[26]為了減少子模塊開關(guān)次數(shù),提出一種根據(jù)上一時(shí)刻子模塊投切狀態(tài)進(jìn)行電壓排序的優(yōu)化算法。以上的研究雖然對(duì)于提高M(jìn)MC的輸出波形質(zhì)量以及響應(yīng)速度和減少開關(guān)損耗進(jìn)行了有效的改進(jìn),但由于MMC 系統(tǒng)自身包含大量的電容,這就需要一個(gè)合理的啟動(dòng)過程,減少系統(tǒng)啟動(dòng)暫態(tài)過程的能量沖擊,這方面的研究較少。

本文主要解決以下的問題:(1)將MMC-MTDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)啟動(dòng)和故障重啟性能進(jìn)行綜合分析,基于其預(yù)充電電容充電情況的分析結(jié)果,提出一種新型協(xié)調(diào)啟動(dòng)的控制策略,用于解決傳統(tǒng)預(yù)充電方式存在“先發(fā)優(yōu)勢”的問題。(2)分析幾種MMC-MTDC系統(tǒng)典型的故障重啟問題,為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重啟速度,提出一種新型的故障恢復(fù)快速啟動(dòng)控制策略。

1 MMC-MTDC 換流站級(jí)系統(tǒng)控制原理

MMC-MTDC換流站級(jí)控制器是基于MMC系統(tǒng)建立的交流電網(wǎng)平衡的控制器,MMC-MTDC 換流站級(jí)系統(tǒng)的整體控制如圖1所示。圖中:Rac為系統(tǒng)交流側(cè)電阻;Lac為交流側(cè)電感;UA、UB、UC和iA、iB、iC分別為三相電壓和電流;Udc是直流側(cè)電壓;us為系統(tǒng)交流側(cè)電壓;usd、usq、isd、isq是系統(tǒng)交流側(cè)電壓和電流在d 軸和q 軸上的分量;Ps和Qs是系統(tǒng)有功功率和無功功率;Udcref、usref、Psref、Qsref分別為直流側(cè)電壓參考值、交流側(cè)電壓參考值、有功功率參考值和無功功率參考值。

圖1 MMC-MTDC換流站控制框圖Fig.1 Control block diagram of MMC-MTDC converter station

在dq 坐標(biāo)系下,系統(tǒng)的控制可以分為內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)功率控制。其中內(nèi)環(huán)電流控制調(diào)節(jié)變量,使dq 軸電流可以有效跟蹤參考值idref、iqref,并在一定程度上抑制相間環(huán)流。外環(huán)功率控制計(jì)算內(nèi)環(huán)電流控制所需的dq 軸電流參考值。

MMC-MTDC系統(tǒng)主要在主從控制方式下穩(wěn)定運(yùn)行,將多端直流網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)換流站劃分為主換流站和從換流站,分別采用不同的控制方法協(xié)調(diào)控制,多端直流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 MMC-MTDC系統(tǒng)主從控制框圖Fig.2 Control block diagram of master-slave controller for MMC-MTDC system

本文的主換流站采用定直流電壓控制整個(gè)系統(tǒng)的直流電壓,從換流站通過控制額定功率有功功率,從而實(shí)現(xiàn)MMC-MTDC系統(tǒng)主從換流站的協(xié)調(diào)控制。主換流站可以維持整個(gè)MMC-MTDC 系統(tǒng)直流電壓的穩(wěn)定,但主換流站和從換流站的控制方法不同,因此相應(yīng)的控制器的參考值也不同。換流站將有功量與無功量傳送至上層控制系統(tǒng),最終找到穩(wěn)定運(yùn)行的點(diǎn)。

2 MMC-MTDC 系統(tǒng)協(xié)調(diào)啟動(dòng)控制方法

2.1 MMC 預(yù)充電方式

MMC-MTDC系統(tǒng)預(yù)充電方式根據(jù)是否使用輔助充電電源分為他勵(lì)預(yù)充電和自勵(lì)預(yù)充電。MMC他勵(lì)預(yù)充電需要輔助直流電源,使MMC 子模塊電容充電至設(shè)定的電壓值[27-28]。而自勵(lì)預(yù)充電即為交流系統(tǒng)對(duì)MMC系統(tǒng)三相橋臂子模塊電容進(jìn)行充電到目標(biāo)值。自勵(lì)充電方式無需使用輔助直流電源,直流輸電工程大部分采用自勵(lì)充電方式,本文亦使用此種方法。

自勵(lì)預(yù)充電方式易受到交流系統(tǒng)三相電壓過零點(diǎn)的影響,由于A、B、C 三相電壓存在相位差,在選擇順序充電時(shí),先充電的橋臂子模塊電容可以充到目標(biāo)值,但后充電的子模塊電容卻達(dá)不到目標(biāo)值。針對(duì)此種問題,本文對(duì)MMC 預(yù)充電具體工作狀態(tài)進(jìn)行分析。

三相MMC自勵(lì)預(yù)充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3(a)所示,MMC系統(tǒng)自勵(lì)預(yù)充電主要分為2個(gè)過程,不可控預(yù)充電階段和可控預(yù)充電2個(gè)階段[29-30],其中不可控充電階段的所有子模塊的觸發(fā)信號(hào)均關(guān)閉,交流系統(tǒng)的線電壓要分配到每個(gè)子模塊電容上,由此可得單個(gè)子模塊的電容電壓:

式中:N 為單個(gè)橋臂子模塊數(shù);uc_sm為子模塊電容電壓;Uph為交流系統(tǒng)相電壓。

三相MMC系統(tǒng)不可控預(yù)充電原理如圖3(b)所示,當(dāng)橋臂電流為正,子模塊處于充電狀態(tài),等效為電容Csm;當(dāng)橋臂電流為負(fù),子模塊處于旁路狀態(tài),等效為短路。不可控預(yù)充電方式只能將電容充電至70%,剩余部分需要可控預(yù)充電階段完成MMC系統(tǒng)的充電要求。

圖3 三相MMC預(yù)充電原理圖Fig.3 Schematic diagram of three-phase MMC pre-charging

由三相交流系統(tǒng)電壓,可得MMC 自勵(lì)充電系統(tǒng)的子模塊投入時(shí)間區(qū)間,

式中:A 為交流系統(tǒng)電壓幅值;ω 為角速度。

由式(2)可得單個(gè)周期內(nèi)t1—t6的分點(diǎn)為:t1=0.001 667+Δt;t2=0.008 333+Δt;t3=0.011 667+Δt;t4=0.018 333+Δt;t5=0.021 667+Δt;t2=0.028 333+Δt;Δt=m T。Δt 表示為偏 移的周期量,m 為偏移的周期數(shù),T 表示交流系統(tǒng)的周期。

不可控充電開關(guān)導(dǎo)通如表1所示,不可控預(yù)充電電流流向如圖4所示。由圖4可以看出MMC系統(tǒng)各相橋臂電流的流向及各橋臂子模塊的充電狀態(tài),進(jìn)而對(duì)每個(gè)相單元的橋臂選擇合適的導(dǎo)通區(qū)間,即根據(jù)三相橋臂6種充電情況選定每個(gè)橋臂子模塊的投入時(shí)間,從而完成MMC-MTDC 系統(tǒng)子模塊電容的自勵(lì)預(yù)充電。

圖4 三相橋臂6種充電電流流向圖Fig.4 Schematic diagram of six charging conditions of three-phase bridge arm

表1 不可控充電階段三相導(dǎo)通情況Table 1 Three-phase conduction in uncontrollable charging stage

MMC自勵(lì)預(yù)充電雖然可以完成預(yù)充電的目標(biāo),但充電效果不同以及部分電流較大的問題,且多端MMC-MTDC 系統(tǒng)的啟動(dòng)不合理會(huì)帶來較大的暫態(tài)能量沖擊。

2.2 新型MMC-MTDC 協(xié)調(diào)啟動(dòng)控制方法

針對(duì)前文提到的預(yù)充電“先發(fā)優(yōu)勢”的問題,根據(jù)MMC 換流站的具體充電情況及控制方式,本文提出一種新的MMC-MTDC系統(tǒng)的預(yù)充電和協(xié)調(diào)啟動(dòng)控制策略,MMC換流站級(jí)控制器可以在MMC系統(tǒng)完成不可控預(yù)充電后控制MMC系統(tǒng)的暫態(tài)充電過程,協(xié)調(diào)完成多個(gè)MMC從換流站的預(yù)充電,完成整個(gè)MMC-MTDC系統(tǒng)的預(yù)充電與啟動(dòng),具體控制流程如圖5所示。

圖5 MMC-MTDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)啟動(dòng)流程圖Fig.5 Flow chart of coordinated start of MMC-MTDC system

(1) 選定MMC-MTDC 系統(tǒng)單端MMC1有源換流站對(duì)MMC 系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立不可控預(yù)充電,使其子模塊達(dá)到預(yù)充電的目標(biāo)值70%,對(duì)MMC1 換流站進(jìn)行定直流電壓和定無功功率的啟動(dòng)控制,完成MMC1換流站的啟動(dòng)和子模塊電容充電。

(2) 在單端MMC1 換流站啟動(dòng)的同時(shí),其他MMC換流站并入直流母線。MMC1換流站啟動(dòng)過程會(huì)產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng),產(chǎn)生的能量沖擊會(huì)給其他MMC從換流站充電,提前實(shí)現(xiàn)預(yù)充電。

協(xié)調(diào)預(yù)充電可行性由MMC子模塊電壓可行區(qū)間上下限確定,即

(3)MMC-MTDC 系統(tǒng)的MMC1 換流站啟動(dòng)完成,其余MMC 從換流站的子模塊充電至uvalid/2N 后,對(duì)MMC 從換流站進(jìn)行定有功功率和定無功功率的啟動(dòng)控制,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)MMC-MTDC 系統(tǒng)的預(yù)充電和啟動(dòng)。

2.3 新型故障恢復(fù)啟動(dòng)控制方法

在MMC-MTDC系統(tǒng)的啟動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生多種故障,故障出現(xiàn)后經(jīng)過短暫時(shí)間可以恢復(fù)的故障為暫時(shí)性故障,暫時(shí)故障后恢復(fù)啟動(dòng)過程一般較為緩慢或者直接進(jìn)入停機(jī)放電,而重新啟動(dòng)會(huì)浪費(fèi)能量且延長了啟動(dòng)時(shí)間,降低系統(tǒng)工作效率。

本文針對(duì)幾種典型的故障進(jìn)行分析,由于故障對(duì)控制系統(tǒng)中的相關(guān)控制量影響不同,如直流側(cè)線路短路故障會(huì)造成直流側(cè)電壓為0,交流系統(tǒng)故障會(huì)影響無功控制量,需要對(duì)相關(guān)量控制器進(jìn)行調(diào)整。由于控制器中含有多個(gè)比例積分(proportional integral,PI)控制器,每個(gè)控制器都有不同的參數(shù)以及限值,對(duì)再啟動(dòng)有較高的要求。本文設(shè)定控制器的輸出值為:

式中:y 為控制器輸出量;Δx 為實(shí)際值與參考值的差值;kP和kI為PI控制中的比例和積分系數(shù)。則有:

式中:Δid1、Δiq1為MMC1 換 流 站dq 軸 電 流 變 化量;ΔUdc、ΔQ1為MMC1換流站的直流電壓和無功功率變化量;Δucd1、Δucq1為控制器輸出控制量的變化量;kP1、kI1、kP2、kI2、kP3、kI3、kP4、kI4為MMC 主換流站控制器對(duì)應(yīng)的比例和積分參數(shù)。

由式(5)(6)可知,系統(tǒng)故障對(duì)控制量影響較大,實(shí)際運(yùn)行中,控制器輸出量會(huì)在限值范圍內(nèi)穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值。故障恢復(fù)啟動(dòng)流程如圖6所示,根據(jù)控制器輸出值變化情況以及輸出值超出限定值的時(shí)間長短來判定系統(tǒng)重啟能力,從而調(diào)整控制器輸出參數(shù)。

圖6 MMC-MTDC系統(tǒng)故障恢復(fù)啟動(dòng)流程圖Fig.6 Flow chart of failure recovery startup of MMC-MTDC system

2.3.1 直流側(cè)短路故障

直流側(cè)線路故障中最為嚴(yán)重的是直流側(cè)線路的正負(fù)極線路短路故障,如圖6所示,由于直流側(cè)線路正負(fù)極短路造成直流線路快速放電,直流側(cè)電壓迅速降為0,PI控制器的Δx 值迅速增大,超過控制器限值。

ΔUdc的快速變化引起Δid、Δucd的變化,設(shè)調(diào)節(jié)后定直流電壓控制的比例和積分參數(shù)為kPa、kIa,將原有比例積分參數(shù)kP1、kI1改為kPa、kIa,可得:

式中:Δida、Δucda為定直流電壓控制器參數(shù)調(diào)節(jié)后,控制量輸出的變化量。

實(shí)際定直流電壓控制器的變化量設(shè)為Δidk、Δucdk,表達(dá)式為:

由此可得,控制調(diào)節(jié)控制器恢復(fù)到原有的上下限范圍即可實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)啟動(dòng)。

2.3.2 交流系統(tǒng)故障

交流系統(tǒng)故障會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)失敗,MMC-MTDC系統(tǒng)不穩(wěn)定,嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。交流系統(tǒng)故障分為兩相短路故障、三相短路故障和三相短路故障三種故障。

(1) 兩相短路故障

(2) 三相短路故障

(3) 單相接地故障

式中:UfA、UfB、UfC為故障時(shí)交流系統(tǒng)的三相電壓;ifA、ifB、ifC為故障時(shí)交流系統(tǒng)的三相電流。

由式(9)—(11)可知,交流系統(tǒng)發(fā)生故障對(duì)電流、電壓均有影響,三相電壓的變化對(duì)經(jīng)過park變化后的dq 軸電壓產(chǎn)生影響,三相電流的變化對(duì)dq軸電流變化產(chǎn)生影響。故障后的dq 軸的變化量為

式中:ucdv、ucqv為控制器故障后的控制量;usdv、idv、iqv為故障后的d 軸電壓、d 軸電流以及q 軸電流。

由于交流系統(tǒng)發(fā)生故障會(huì)對(duì)控制量ucd、ucq產(chǎn)生影響,同時(shí)系統(tǒng)控制器的調(diào)節(jié)量及調(diào)節(jié)參數(shù)不同,針對(duì)交流系統(tǒng)故障的快速恢復(fù),需要考慮每個(gè)對(duì)應(yīng)控制器的控制量超過限值的情況,可以采取控制器清零或部分控制器參數(shù)調(diào)節(jié),從而加快系統(tǒng)故障恢復(fù)啟動(dòng)的能力。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)

3.1 MMC-MTDC 系統(tǒng)協(xié)調(diào)啟動(dòng)仿真驗(yàn)證

本文建立了如圖7所示的五端MMC-MTDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)預(yù)充電與啟動(dòng)仿真模型,模型參數(shù)如表2—3所示。

圖7 五端MMC-MTDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)預(yù)充電與啟動(dòng)仿真模型結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Simulation model structure diagram of coordinated pre-charge and start of five-terminal MMC-MTDC system

表2 五端MMC-MTDC系統(tǒng)線路參數(shù)Table 2 Line parameters of five-terminal MMC-MTDC system

表3 五端MMC-MTDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)預(yù)充電與啟動(dòng)仿真模型參數(shù)Table 3 Simulation model parameters of coordinated pre-charge and start of five-terminal MMC-MTDC system

在仿真參數(shù)設(shè)置下,選定MMC1換流站作為主換流站,設(shè)定MMC1的直流電壓指令值Udcref為20 kV,無功功率的指令值Q1ref為0,在0～1s內(nèi)進(jìn)行啟動(dòng),控制五端MMC-MTDC 系統(tǒng)的直流側(cè)電壓穩(wěn)定在20 kV。MMC2、MMC3、MMC4、MMC5換流站分別在1.5、2.5、3.5、4.5 s時(shí)刻并入直流網(wǎng)絡(luò),如圖8—9所示,這種協(xié)調(diào)啟動(dòng)的方式對(duì)MMC-MTDC 系統(tǒng)的直流側(cè)電壓的波動(dòng)影響較小進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的能量沖擊最小,在換流站并入直流網(wǎng)絡(luò)后,直流側(cè)電壓0.3 s就穩(wěn)定在20 kV,保證了系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。

圖8 五端MMC-MTDC系統(tǒng)直流側(cè)電壓Fig.8 DC side voltage of five-terminal MMC-MTDC system

圖9 MMC1主換流站的子模塊電容電壓Fig.9 Submodule capacitor voltage of MMC1 master converter station

3.2 故障重新啟動(dòng)的仿真

3.2.1 直流側(cè)正負(fù)極短路故障

MMC-MTDC 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),在t=4.5 s發(fā)生直流側(cè)正負(fù)極短路故障,故障持續(xù)0.02 s,MMC主換流站在發(fā)生故障后進(jìn)入閉鎖狀態(tài)并維持0.05 s,進(jìn)而保護(hù)換流站的子模塊和等待直流側(cè)正負(fù)極短路故障消除。故障發(fā)生后,從換流站與主換流站斷開,待直流側(cè)正負(fù)極性故障解除,主換流站重新控制直流電壓再并入從換流站,同時(shí)調(diào)節(jié)相應(yīng)的定直流電壓控制器參數(shù)kPa和kIa,即可實(shí)現(xiàn)故障的快速恢復(fù),仿真結(jié)果如圖10所示。

圖10 MMC-MTDC系統(tǒng)直流側(cè)正負(fù)極短路故障恢復(fù)仿真Fig.10 MMC-MTDC system DC side positive and negative short-circuit fault recovery simulation

3.2.2 單相短路故障

如圖11所示,MMC-MTDC系統(tǒng)在交流系統(tǒng)C相單相接地故障的情況下,MMC 主換流站交流側(cè)的C相電流遠(yuǎn)大于A 相和B 相的電流。故障消除后,相應(yīng)調(diào)節(jié)定直流電壓控制器kPa=2kP1、kIa=6kI1后,三相電流逐漸恢復(fù),MMC-MTDC系統(tǒng)直流側(cè)電壓也在經(jīng)過0.25 s時(shí)間逐漸恢復(fù)穩(wěn)定。

圖11 MMC-MTDC系統(tǒng)單相故障恢復(fù)啟動(dòng)仿真Fig.11 Simulation of MMC-MTDC single-phase fault recovery startup

3.2.3 兩相短路故障

五端MMC-MTDC系統(tǒng)在B、C 兩相短路故障的情況下,MMC主換流站交流測的B 相和C 相電路遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A 相的電流。故障消除后,相應(yīng)調(diào)訂直流電壓控制器kPa=6kP1、kIa=4kI1后,三相電流逐漸恢復(fù),MMC-MTDC系統(tǒng)直流側(cè)電壓也在警告過0.46 s時(shí)間逐漸恢復(fù)穩(wěn)定,如圖12所示。

圖12 MMC-MTDC系統(tǒng)兩相故障恢復(fù)啟動(dòng)仿真Fig.12 Simulation of MMC-MTDC two-phase fault recovery startup

3.2.4 三相短路故障

如圖13所示,MMC-MTDC系統(tǒng)在交流系統(tǒng)三相短路故障的情況下,MMC 主換流站交流側(cè)的三相電流同時(shí)瞬間增大。故障消除后,相應(yīng)調(diào)節(jié)定直流電壓控制器kPa=5kP1、kIa=5kI1三相電流逐漸恢復(fù),MMC-MTDC系統(tǒng)直流側(cè)電壓也在經(jīng)過0.66 s時(shí)間逐漸恢復(fù)穩(wěn)定。

圖13 MMC-MTDC系統(tǒng)三相故障恢復(fù)啟動(dòng)仿真Fig.13 Simulation of MMC-MTDC three-phase fault recovery startup

由圖11—13可知,三種交流系統(tǒng)故障情況下,子模塊電容電壓在故障發(fā)生后,電壓受到了波動(dòng),但控制器參數(shù)調(diào)節(jié)的情況下,三種交流系統(tǒng)故障的子模塊電容電壓在故障解除后,快速恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1) 本文建立了基于五端MMC-MTDC 系統(tǒng)新型協(xié)調(diào)啟動(dòng)模型,此種模型可以在0.3 s內(nèi)穩(wěn)定在目標(biāo)電壓水平,電壓波動(dòng)也在3 kV 以內(nèi)。

(2) 本文提出的新型協(xié)調(diào)啟動(dòng)控制可以滿足不同故障發(fā)生后系統(tǒng)的恢復(fù)啟動(dòng),并且恢復(fù)時(shí)間都在1 s以內(nèi),實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證明了本文的結(jié)論。