Protection for Modular Multilevel Converter Based on Twin Model

HE Jinghan; ZHANG Jiabao; LI Meng; NI Pinghao; NIE Ming; DENG Nan

doi:10.7500/AEPS20221001002

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Protection for Modular Multilevel Converter Based on Twin Model

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Protection for Modular Multilevel Converter Based on Twin Model
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 21, Pages: 119-126(2023)
- 作者机构：
  
  北京交通大学电气工程学院，北京市 100044
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China-State Grid Joint Fund for Smart Grid(U2066210);National Natural Science Foundation of China(52007003)
- DOI：10.7500/AEPS20221001002
  CLC：
- Received：01 October 2022，
  
  Revised：2023-03-08，
  
  Published Online：28 September 2023，
  
  Published：10 November 2023
- 稿件说明：
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和敬涵,张佳宝,李猛等.基于孪生模型的模块化多电平换流器保护[J].电力系统自动化,2023,47(21):119-126.

HE Jinghan,ZHANG Jiabao,LI Meng,et al.Protection for Modular Multilevel Converter Based on Twin Model[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(21):119-126.
和敬涵,张佳宝,李猛等.基于孪生模型的模块化多电平换流器保护[J].电力系统自动化,2023,47(21):119-126. DOI： 10.7500/AEPS20221001002.

HE Jinghan,ZHANG Jiabao,LI Meng,et al.Protection for Modular Multilevel Converter Based on Twin Model[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(21):119-126. DOI： 10.7500/AEPS20221001002.

摘要

随着柔性直流输电技术的发展，模块化多电平换流器(MMC)由于其拓扑优势越来越受到关注。作为直流输电换流阀的主要元件

子模块与桥臂电抗器故障将对换流站安全稳定运行造成严重影响，现有差动保护均无法有效识别此类故障。文中提出了基于孪生模型的MMC保护原理，结合MMC的控制信息建立数字孪生模型，通过动态状态估计构建保护判据。所提保护方案能够准确检测MMC换流器故障，包括桥臂电抗器匝间短路故障、子模块开路故障及桥臂相间短路故障。根据保护动作类型提出两套保护判据。仿真结果表明

所提保护方案能够可靠地自适应辨识MMC区内故障，具有良好的速动性以及耐受过渡电阻能力。

Abstract

With the development of flexible direct current transmission technology

modular multilevel converters (MMCs) are receiving increasing attention due to their topological advantages. As the main component of the DC transmission converter valves

the faults of the submodules and bridge arm reactors will have a serious impact on the safe and stable operation of the converter station

but the existing differential protection cannot effectively identify it. This paper proposes the principle of MMC protection based on the twin model

establishes a digital twin model based on the control information of MMC

and constructs the protection criteria through dynamic state estimation. The proposed protection scheme can accurately detect the faults in MMC converters

including inter-turn short-circuit faults in bridge arm reactors

open-circuit faults in submodules

and phase-to-phase short-circuit faults in bridge arm reactors. Two sets of protection criteria are proposed based on the protection operation type. The simulation results show that the proposed protection scheme can reliably and adaptively identify the faults within the MMC region

and has good speed response and ability to withstand transition resistance.

关键词

Keywords

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