【摘要】：從子模塊級(jí)、換流器級(jí)和系統(tǒng)級(jí)3個(gè)層次上設(shè)計(jì)了基于箝位雙子模塊(CDSM)的新型模塊化多電平換流器(MMC)的冗余保護(hù)控制策略。提出了基于雙晶閘管保護(hù)策略,其中一個(gè)晶閘管穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)期導(dǎo)通來分擔(dān)二極管電流以減少損耗,并分析了子模塊的失效機(jī)制。設(shè)計(jì)了改進(jìn)型最近電平調(diào)制和電容電壓平衡策略。該方法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容電壓參考值,通過引入故障因子對(duì)電容電壓測(cè)量值進(jìn)行修正以防止故障元件參與投切。利用3次諧波注入調(diào)制、變壓器分接頭檔位控制和有功無功調(diào)節(jié)等手段,優(yōu)化提高動(dòng)態(tài)備用子模塊數(shù)目和增強(qiáng)系統(tǒng)不間斷功率運(yùn)行能力。在PSCAD/EMTDC中搭建每橋臂105個(gè)子模塊的仿真模型,仿真結(jié)果表明:引入雙晶閘管保護(hù)策略后,整流側(cè)和逆變側(cè)二極管總損耗分別下降9.8%和5.3%;即使36個(gè)模塊電容切除后,系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行,且換流器橋臂環(huán)流的增量不超過額定值的5%。
【圖文】：

縟蕕繆姑揮杏跋歟嚆繽?（a）所示。Zone1（Zone2）內(nèi)發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)電容被切除，剩余健全的電容電壓上升以實(shí)現(xiàn)橋臂間能量均衡。由于測(cè)試中被切除電容數(shù)超過靜態(tài)備用（10個(gè)），傳統(tǒng)靜態(tài)備用控制會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出跳閘信號(hào)，而本文所提的動(dòng)態(tài)備用法則可維持系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。將1.0~3.0s仿真區(qū)間分為2個(gè)階段。階段1內(nèi)僅采用2.1節(jié)所述改進(jìn)最近電平調(diào)制和電容電壓平衡控制策略，在切除電容數(shù)目較低情況下，系統(tǒng)存在一定的冗余安全裕度；當(dāng)切除電容數(shù)達(dá)到36個(gè)時(shí)，系統(tǒng)需要投入的電容數(shù)超過了剩余健全電容數(shù)。階段2，利用2.1圖7仿真結(jié)果（1）Fig．7Simulativeresults（1）（a）子模塊電容電壓2.52.01.51.00.50UC／kV1.01.52.02.53.0t／s因故障切除4個(gè)引導(dǎo)開關(guān)Nft=4因故障切除12個(gè)電容Nf=12因故障再切除12個(gè)電容Nf=24因故障再切除12個(gè)電容Nf=36Zone0故障Zone1或Zone2故障階段1階段2250200150100500（c）實(shí)際投入的電容數(shù)1.01.52.02.53.0t／s電容投入數(shù)有功、無功功率調(diào)整3次零序電壓注入調(diào)制變壓器檔位調(diào)整（b）需要投入的電容數(shù)1.01.52.02.53.0t／s冗余電容數(shù)健全電容總數(shù)需要投入的電容數(shù)超過健全電容數(shù)因子模塊故障切除的電容數(shù)電容總數(shù)250200150100500電容投入數(shù)電力自動(dòng)化設(shè)備第34卷圖6應(yīng)用雙晶閘管保護(hù)策略前后單個(gè)橋臂的損耗Fig．6Comparisonoflossperarmbetweenwithandwithoutdual-thyristorprotectionscheme（b）P=-1.0p.u.，Q=0p.u.（逆變側(cè)）4503001500損耗／kW所有VD12（或VD22）損耗所有VD0損耗總損耗減少24.5

第薛英林，等：子模塊故障下C-MMC型高壓直流系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計(jì)和容錯(cuò)控制8期圖8仿真結(jié)果（2）Fig．8Simulativeresults（2）1.11.00.90.80.51.01.52.02.53.0t／s（a）有功功率P0.400.15-0.101.01.52.02.53.0t／s（b）無功功率Q1.11.00.90.81.01.52.02.53.0t／s（c）直流電壓Udc1.20.80.41.01.52.02.53.0t／s（d）直流電流idc0.150-0.151.01.52.02.53.0t／s（e）環(huán)流環(huán)流Zone0故障Zone1或Zone2故障階段1階段20.50.50.50.5節(jié)所述3種優(yōu)化策略增加了備用電容數(shù)目，提高了系統(tǒng)的冗余安全裕度和不間斷運(yùn)行能力。子模塊故障期間的換流器有功、無功功率，直流電壓、電流和橋臂間交流環(huán)流分量（均為標(biāo)幺值）如圖8所示。由仿真結(jié)果可見，整個(gè)過程功率運(yùn)行平穩(wěn)，性能結(jié)果良好；隨著電容切除數(shù)目增多，直流電壓和直流電流會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)分量，且橋臂交流環(huán)流分量增加，，但不超過額定值的5%。4結(jié)論子模塊冗余控制的基本目標(biāo)是快速切除故障部分，利用剩余健全元件維持系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。冗余元件數(shù)目是衡量系統(tǒng)安全裕度和可靠性的重要指標(biāo)，提高冗余元件個(gè)數(shù)和系統(tǒng)不間斷運(yùn)行能力是子模塊冗余控制的優(yōu)化目標(biāo)。本文將C-MMC子模塊冗余保護(hù)控制策略分為如下3個(gè)層次。a.子模塊級(jí)。根據(jù)箝位雙子模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析了其故障機(jī)制；設(shè)計(jì)了基于雙晶閘管型快速旁路開關(guān)的保護(hù)策略，且其中一個(gè)晶閘管穩(wěn)態(tài)時(shí)長(zhǎng)期導(dǎo)通分擔(dān)IGBT反并聯(lián)二極管的電流并降低其運(yùn)行損耗。b.換流器級(jí)。設(shè)計(jì)了改進(jìn)最近電平調(diào)制和電容電壓平衡策略，一方面利用能量平衡原理動(dòng)態(tài)調(diào)制電容參考值，另一方面通過引入故障因子避免故障元件再次進(jìn)入投切序列中。計(jì)算了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)冗余裕度，指出其是由?

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