一种MMMC桥臂故障后应对方法与流程

一种mmmc桥臂故障后应对方法
技术领域
1.本发明属于海上新能源风电的送出及ac/ac变流技术领域，具体涉及mmmc桥臂故障后的应对方法。


背景技术：

2.随着海上风电开发及送出方式研究热度的提升，学界和工业界逐渐意识直流送出方案所需的海上换流站投资过于昂贵，海上换流站维护不方便，经济性能不优。而采用交流低频输电，从而可以把换流站建在陆上，省掉海上换流站，一方面可以拥有直流输电方案相仿的并网性能，另一方面又可显著降低输电环节的经济成本，提升输电容量。海上风电场经低频输电系统并网，便构成了低频海上风电系统，如图1所示。海上低频风电系统的核心设备是交交变频器，常采用模块化多电平矩阵式变流器mmmc，其典型结构如图2所示。
3.由于mmmc共具有9个桥臂，每个桥臂都是由成百乃至上千的sm子模块串接而成，控制系统较为复杂，存在一定概率的故障率。如果同时发生故障的桥臂不超过3个，存在切换成hexverter方式(如图3所示)运行的可能性，尤其是单一桥臂发生故障(因控制系统故障、冗余模块数过少等原因)，仍可8桥臂模式运行，但该模式下系统不再对称，而且控制算法过于复杂，不易实现。更重要的是不能平衡过渡，丢失的功率相对6对称桥臂模式没有优势，所以本发明根据发生故障桥臂的数量和位置，力争故障后仍可保持交流系统的对称性，提出了一种具有实际工程应用价值的桥臂故障后应对方法。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种mmmc桥臂故障后的应对方法，根据换流器故障桥臂发生的数量和位置，选择切换成hexverter方式运行或直接闭锁，可有效提升海上风电经低频输电送出系统的动态性能及经济性能。
5.为达到上述目的，本发明所述一种mmmc桥臂故障后应对方法，包括典型的mmmc及各桥臂支路两侧添加的两台断路器。
6.应用于海上风电经低频输电送出系统中，mmmc位于陆上，且其桥臂两侧各串联一台断路器。当mmmc同时发生4桥臂及以上故障时，直接闭锁换流器；当mmmc同时发生2-3个桥臂故障时，如果能够切换成hexverter运行方式则切换成hexverter方式运行，此后如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器；当mmmc发生单桥臂故障时，同步选择切除另外两对应子换流器中各一个桥臂，系统过渡到hexverter模式，保证系统的对称性，此后如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器。
7.当有4个及以上的桥臂同时发生故障时，直接闭锁换流器。
8.当有3个桥臂同时发生故障时，如果故障的3个桥臂位于3个不同的子换流器且故障桥臂分别与交流系统的三相相连接，即没有连接到交流系统同一相的两个桥臂故障情形，mmmc切换成hexverter方式运行，切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器；除些之外的其它情况，直接闭锁换流器。
9.当有2个桥臂同时发生故障时，如果故障的2个桥臂位于3个不同的子换流器且故障桥臂不联接到交流系统的同一相，mmmc切换成hexverter方式运行，切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器；除此之外的其它情况，直接闭锁换流器。
10.当发生单桥臂故障时，同步选择切除另外2个对应子换流器中各一个桥臂，从而过渡到hexverter模式，以保证系统运行的对称性；切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器。
11.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
12.本发明解决了海上风电经低频输电送出系统当mmmc发生不同桥臂数量及位置故障时的应对处理问题。当mmmc发生单桥臂故障时，传统的方法是建议采用8桥臂运行模式，甚至系统直接闭锁，8桥臂模式下系统不再对称，而且控制算法过于复杂，不易实现，更重要的是不能平衡过渡，丢失的功率相对6对称桥臂模式并无优势；直接闭锁方式会丢失当前全部功率，对系统造成过大的冲击。而本发明方法可以平滑过渡且不丢失太多的功率，最重要的是过渡后的hexverter仍为对称结构，控制算法简单，具有明显的经济价值和社会价值。
附图说明
13.图1为海上风电经低频输电送出应用场景电气接线示意图；
14.图2为mmmc拓扑及与两不同频率交流系统联接示意图；
15.图3为hexverter拓扑及与两不同频率交流系统联接示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
17.名词解释
18.桥臂：由sm子模块、电抗和断路器串接而成，mmmc共有9个桥臂，分别为au、av、aw、bu、bv、bw、cu、cv、cw；
19.子换流器：由联接交流系统同一相的3个桥臂共同构成，mmmc共有6个子换流器，分别为(au、av、aw)、(bu、bv、bw)、(cu、cv、cw)、(au、bu、cu)、(av、bv、cv)、(aw、bw、cw)。
20.一种mmmc桥臂故障后的应对方法，当mmmc发生桥臂故障时，都属于以下几种情形之一：
21.4个及以上桥臂同时发生故障
22.此情形下，换流器已无法运行，需要直接闭锁换流器。
23.3个桥臂同时发生故障时
24.1)如果故障的3个桥臂位于3个不同的子换流器且故障桥臂分别与交流系统的三个不同相相连接，mmmc切换成hexverter方式运行，切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器。
25.2)除些之外的其它情况，直接闭锁换流器。
26.2个桥臂同时发生故障时
27.1)如果故障的2个桥臂位于3个不同的子换流器且故障桥臂不联接到交流系统的同一相，mmmc切换成hexverter方式运行，切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相
继故障，直接闭锁换流器。
28.2)除此之外的其它情况，直接闭锁换流器。
29.单桥臂发生故障时
30.同步选择切除另外两子换流器中各一个桥臂，从而过渡到hexverter模式以保证系统运行的对称性。切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器。
31.总而言之，当换流器桥臂发生故障时，首先通过控制系统配合把故障支路的电流抑制到零值附近，然后两侧断路器切掉该桥臂故障支路，如果存在hexverter运行方式的可能性则转为hexverter方式运行，否则直接闭锁换流器。转为hexverter方式后如果仍继续有桥臂发生故障，则直接闭锁换流器。此发明方法可以使剩余系统仍保持对称性，具有良好的经济实用价值。
32.下面以2桥臂同时故障和单桥臂故障及3桥臂同时故障三种情形分别说明。
33.参见图2，本发明的一种新型的mmmc桥臂故障及其故障后应对方法，包括mmmc典型结构及桥臂两侧串联的断路器。
34.实施例一：
35.2桥臂同时故障，如桥臂au、bu同时故障
36.由于桥臂au和桥臂bu同时与工频交流系统的u相相联接，所以系统无法转换成hexverter方式运行，系统直接闭锁。
37.实施例二：
38.单桥臂故障，如桥臂au故障
39.第一步：假设初始状态，mmmc正常额定功率运行，然后某一时刻发生单桥臂au故障(如桥臂au控制系统故障)；
40.第二步：mmmc暂态控制作用抑制故障桥臂电流至零值附近，然后跳该桥臂支路两侧的断路器切除该支路au；
41.第三步：分别切除连接风电低频电网的b相和c相各一条桥臂支路，此时存在两种不同的切法。故mmmc总共存在2*3＝6种不同的过渡到hexverter的方式；
42.法1：同时切除桥臂bv和桥臂cw，对图2进行重新整理可以得到图3(a)所示的hexverter的对称电路结构。此时也是一种基于模块化多电平技术的ac/ac直接变频装置。hexverter只包含6条桥臂，结构较为简单，6条桥臂首尾相接组成一个六边形，两侧交流系统的三相在六边形顶点上交错布置，故又名六边形换流器。与mmmc相似，hexverter每个桥臂由全桥模块串联而成，不存在集中直流环节，可以切断两边网侧的故障电流，缺点在于不适合用于实现相同或相近的频率变换；此外，hexverter的另一个独有缺点是未能实现两侧交流电网的完全解耦。
43.法2：同时切除桥臂bw和桥臂cv，形成的hexverter如图3(b)所示。
44.第四步：切换到hexverter控制模式的运行方法，保留约40％的原系统功率水平。
45.第五步：保持hexverter运行模式，如果继续发生桥臂膀故障，则直接闭锁换流器。
46.实施例三：
47.3桥臂同时故障，如桥臂au、bv和cw同时故障
48.由于桥臂au、bv和cw处于三个不同的子换流器，且联接的三相系统中不同的相，所
以系统可转换成hexverter方式运行，此情况下与情形2的法1处理后结果一致，最终的结果如图3(a)所示。
49.本发明通过电力系统电磁暂态专业仿真工具pscad/emtdc来编写程序、调试及验证。本方法适合海上风电经低频输电外送的应用场景，其控制方法简单易用，可以在mmmc发生不同桥臂数量和位置故障的暂态过程中，选择不同的处理应对方法，在概率最大的单桥臂故障时可确保平滑切换到hexverter对称运行方式，具有极大的工程实用价值。

技术特征：
1.一种mmmc桥臂故障后应对方法，其特征在于，应用于海上风电经低频输电送出系统中，mmmc位于陆上，且其桥臂两侧各串联一台断路器；当mmmc同时发生4桥臂及以上故障时，直接闭锁换流器；当mmmc同时发生2-3个桥臂故障时，如果能够切换成hexverter运行方式，则切换成hexverter方式运行，此后如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器；当mmmc发生单桥臂故障时，同步选择切除另外两对应子换流器中各一个桥臂，系统过渡到hexverter模式，保证系统的对称性，此后如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器。2.根据权利要求1所述的一种mmmc桥臂故障后应对方法，其特征在于，当有4个及以上的桥臂同时发生故障时，直接闭锁换流器。3.根据权利要求1所述的一种mmmc桥臂故障后应对方法，其特征在于，当有3个桥臂同时发生故障时，如果故障的3个桥臂位于3个不同的子换流器且故障桥臂分别与交流系统的三相相连接，即没有连接到交流系统同一相的两个桥臂故障情形，mmmc切换成hexverter方式运行，切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器；除些之外的其它情况，直接闭锁换流器。4.根据权利要求1所述的一种mmmc桥臂故障后应对方法，其特征在于，当有2个桥臂同时发生故障时，如果故障的2个桥臂位于3个不同的子换流器且故障桥臂不联接到交流系统的同一相，mmmc切换成hexverter方式运行，切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器；除此之外的其它情况，直接闭锁换流器。5.根据权利要求1所述的一种mmmc桥臂故障后应对方法，其特征在于，当发生单桥臂故障时，同步选择切除另外2个对应子换流器中各一个桥臂，从而过渡到hexverter模式，以保证系统运行的对称性；切换成hexverter运行方式后，如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器。

技术总结
本发明公开了一种MMMC桥臂故障后的应对方法，应用于海上风电经低频输电送出系统中，MMMC位于陆上，且其桥臂两侧各串联一台断路器。当MMMC同时发生4桥臂及以上故障时，直接闭锁换流器；当MMMC同时发生2-3个桥臂故障时，如果可以切换成Hexverter运行方式则切换成Hexverter方式运行，此后如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器；当MMMC发生单桥臂故障时，同步选择切除另外两对应子换流器中各一个桥臂，从而过渡到Hexverter模式以保证系统的对称性，此后如果仍发生桥臂相继故障，直接闭锁换流器。本发明实现了MMMC不同情况下MMMC桥臂故障后的应对方法，暂渡过渡过程简单，故障后系统的对称性好，经济性较好。经济性较好。经济性较好。


技术研发人员：苏匀 李少华 姚东晓 刘沈全
受保护的技术使用者：西安西电电力系统有限公司 中国西电电气股份有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8