基于暂态能量流的MMC-HVDC系统故障建模及仿真分析

为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters,MMC)构成的高压直流(high voltage di-rect current,HVDC)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow,TEF)的分布对MMC-HVDC系统进行暂态建模与仿真分析.对于单端MMC,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular,HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的MMC暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的MMC内部故障特征与TEF分布情况.对于复杂直流电网(HVDC grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析.最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间.依据PSCAD中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性.