具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC

陈铮; 陈武; 刘忠; 左向红; 施慎行; 薛钟兵

doi:10.7500/AEPS20200510002

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具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC
- Active Current-transferring Modular Multilevel Converter with DC Fault Blocking Capability
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第4期页码：106-114
- 作者机构：
  
  1.东南大学先进电能变换技术与装备研究所，江苏省南京市 210096
  2.国网扬州供电公司，江苏省扬州市 225000
  3.国网北京市电力公司，北京市 100055
  4.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
- 作者简介：
  
  陈铮(1995—)，男，硕士研究生，主要研究方向：柔性直流输配电技术。E-mail：chen_zheng1222@163.com
  陈武(1981—)，男，通信作者，博士，教授，主要研究方向：功率电子变换技术及特种工业电源。E-mail：chenwu@seu.edu.cn
  刘忠(1968—)，男，博士，研究员级高级工程师，主要研究方向：配电自动化技术、智能电网技术。E-mail：liuzhong@js.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(SGJSYZ00FCJS1900339)
- DOI：10.7500/AEPS20200510002
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-05-10，
  
  修回日期：2020-09-25，
  
  网络出版日期：2020-12-08，
  
  纸质出版日期：2021-02-25
- 稿件说明：
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陈铮,陈武,刘忠等.具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC[J].电力系统自动化,2021,45(4):106-114.

CHEN Zheng,CHEN Wu,LIU Zhong,et al.Active Current-transferring Modular Multilevel Converter with DC Fault Blocking Capability[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(4):106-114.
陈铮,陈武,刘忠等.具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC[J].电力系统自动化,2021,45(4):106-114. DOI： 10.7500/AEPS20200510002.

CHEN Zheng,CHEN Wu,LIU Zhong,et al.Active Current-transferring Modular Multilevel Converter with DC Fault Blocking Capability[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(4):106-114. DOI： 10.7500/AEPS20200510002.

摘要

具有直流故障阻断能力的模块化多电平换流器（MMC）是柔性直流输配电技术的重要支撑设备。针对传统半桥型MMC无法阻断直流短路故障的问题，通过结合现有的故障阻断方案，提出了具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC。该拓扑增加了断流支路、桥臂阻断支路以及能量吸收支路。直流故障发生后，通过断开断流支路，一方面主动转移故障电流，另一方面实现桥臂电流的换向，进而利用半桥子模块吸收MMC内部故障能量。同时，能量吸收支路中的全桥子模块在闭锁过程中也投入电容以吸收线路侧的故障能量，从而实现了短路故障的快速阻断。文中通过建立电流主动转移型MMC拓扑，详尽分析了故障阻断机理，并在MATLAB/Simulink中搭建了单端100 kV/25电平仿真模型，验证了该拓扑的可行性与有效性。

Abstract

Modular multilevel converter (MMC) with DC fault blocking capability is the key equipment for the flexible DC transmission and distribution technology. Aiming at the problem that traditional half-bridge MMC cannot block DC short-circuit fault

an active current transferring MMC with DC fault blocking capability is proposed by combining the existing fault blocking schemes. The current breaking branch

the bridge arm blocking branch and the energy absorbing branch are added to the topology. Once a DC fault occurs

the current breaking branch is disconnected to transfer the fault current actively and reverse the arm current simultaneously

and then the fault energy in MMC can be absorbed with half-bridge submodules. Meanwhile

capacitors also operate to absorb the fault energy on the line side during the blocking process of full-bridge submodules in the energy absorbing branch. Thus the short-circuit fault is blocked quickly. The fault blocking mechanism is analyzed in detail by establishing the active current transferring MMC model

and a single-end 100 kV/25-level simulation model is built in MATLAB/Simulink to verify the feasibility and effectiveness of the proposed topology.

关键词

Keywords

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汤广福，罗湘，魏晓光 . 多端直流输电与直流电网技术［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

TANG Guangfu ， LUO Xiang ， WEI Xiaoguang . Multi-terminal HVDC and DC-grid technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

SAEEDIFARD M ， IRAVANI R . Dynamic performance of a modular multilevel back-to-back HVDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2010 ， 25 （ 4 ）： 2903 - 2912 .

ILVES K ， ANTONOPOULOS A ， NORRGA S ， et al . Steady-state analysis of interaction between harmonic components of arm and line quantities of modular multilevel converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2012 ， 27 （ 1 ）： 57 - 68 .

徐政 . 柔性直流输电系统［M］. 北京：机械工业出版社， 2013 ： 1 - 25 .

XU Zheng . Voltage source converter based HVDC power transmission systems ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2013 ： 1 - 25 .

XIANG Wang ， LIN Weixing ， XU Lie ， et al . Enhanced independent pole control of hybrid MMC-HVDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 861 - 872 .

吴亚楠，吕铮，贺之渊，等 . 基于架空线的直流电网保护方案研究［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3726 - 3733 .

WU Yanan ， LÜ Zheng ， HE Zhiyuan ， et al . Study on the protection strategies of HVDC grid for overhead line application ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3726 - 3733 .

李斌，何佳伟，李晔，等 . 柔性直流输电系统新型故障重启方法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 77 - 85 .

LI Bin ， HE Jiawei ， LI Ye ， et al . Novel restart scheme of DC fault for flexible DC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 77 - 85 .

魏晓光，周万迪，张升，等 . 模块化混合式高压直流断路器研究与应用［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 6 ）： 2038 - 2046 .

WEI Xiaoguang ， ZHOU Wandi ， ZHANG Sheng ， et al . Research and application of modular hybrid high voltage DC circuit breaker ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 2038 - 2046 .

汪楠楠，姜崇学，王佳成，等 . 采用直流断路器的对称单极多端柔性直流故障清除策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 6 ）： 122 - 128 .

WANG Nannan ， JIANG Chongxue ， WANG Jiacheng ， et al . Fault elimination strategy of symmetric single-pole VSC-MTDC based on DC circuit breaker ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 122 - 128 .

倪斌业，向往，周猛，等 . 柔性直流电网紧急限流控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3527 - 3536 .

NI Binye ， XIANG Wang ， ZHOU Meng ， et al . Research on the emergency current-limiting control in VSC-HVDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3527 - 3536 .

SCHMITT D ， WANG Y ， WRYH T ， et al . A new hybrid multilevel voltage-source converter with DC fault blocking capability ［C］// 9th IET International Conference on AC and DC Power Transmission， October 19-21 ， 2010 ， London ， UK： 5p .

MARQUARDT R . Modular multilevel converter topologies with DC-short circuit current limitation ［C］// 8th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia， May 30-June 3 ， 2011 ， Jeju ， South Korea： 1425-1431 .

LIN W ， JOVCIC D ， NGUEFEU S ， et al . Full-bridge MMC converter optimal design to HVDC operational requirements ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 1342 - 1350 .

周猛，向往，林卫星，等 . 柔性直流电网直流线路故障主动限流控制［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2062 - 2072 .

ZHOU Meng ， XIANG Wang ， LIN Weixing ， et al . Active current-limiting control to handle overhead line fault in DC grid ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2062 - 2072 .

赵成勇，宋冰倩，许建中 . 柔性直流电网故障电流主动控制典型方案综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 3 - 13 .

ZHAO Chengyong ， SONG Bingqian ， XU Jianzhong . Overview on typical schemes for active control of fault current in flexible DC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 3 - 13 .

FANG Xiongfeng ， CHEN Canfeng ， WANG Ze ， et al . An improved modular multilevel converter with DC fault blocking capability based on half-bridge submodules and H-bridge circuit ［J/OL］. IEEE Transactions on Power Delivery ［ 2020-09-09 ］. DOI： 10.1109/TPWRD.2020.2971276 http://dx.doi.org/10.1109/TPWRD.2020.2971276 .

赵成勇，李帅，张继元，等 . 适用于直流电网故障清除的增强型MMC ［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 60 - 67 .

ZHAO Chengyong ， LI Shuai ， ZHANG Jiyuan ， et al . An augmented modular multilevel converter for clearing fault in DC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 60 - 67 .

宋强，杨文博，李笑倩，等 . 集成直流断路器功能的模块化多电平换流器［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 20 ）： 6004 - 6013 .

SONG Qiang ， YANG Wenbo ， LI Xiaoqian ， et al . An MMC topology integrated with DC circuit breaker ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 20 ）： 6004 - 6013 .

管敏渊，徐政 . 模块化多电平换流器子模块故障特性与冗余保护［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 16 ）： 94 - 104 .

GUAN Minyuan ， XU Zheng . Redundancy protection for submodule faults in modular multilevel converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 16 ）： 94 - 104 .

吕家乐，吴在军，窦晓波，等 . 基于MMC的中压直流配电网极间短路故障保护策略［J］. 电力工程技术， 2019 ， 38 （ 4 ）： 2 - 9 .

LÜ Jiale ， WU Zaijun ， DOU Xiaobo ， et al . Bipolar short circuit protection strategy for MMC based medium voltage DC distribution network ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2019 ， 38 （ 4 ）： 2 - 9 .

郭贤珊，李探，李高望，等 . 张北柔性直流电网换流阀故障穿越策略与保护定值优化［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 44 （ 24 ）： 196 - 205 .

GUO Xianshan ， LI Tan ， LI Gaowang ， et al . Fault ride-through strategy and protection setting optimization of converter valve for Zhangbei VSC-HVDC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 44 （ 24 ）： 196 - 205 .

和敬涵，黄威博，李海英，等 . FBMMC直流故障穿越机理及故障清除策略［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 10 ）： 1 - 7 .

HE Jinghan ， HUANG Weibo ， LI Haiying ， et al . FBMMC DC fault ride-through mechanism and fault clearing strategy ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 10 ）： 1 - 7 .

汪金山 . 正弦激励下RLC串联二阶短路暂态过程的研究［J］. 哈尔滨理工大学学报， 1999 ， 4 （ 1 ）： 93 - 96 .

WANG Jinshan . Research on transient process of RLC second order circuit under sinusoidal excitation ［J］. Journal of Harbin University of Science and Technology ， 1999 ， 4 （ 1 ）： 93 - 96 .

王振浩，赵家婧，成龙，等 . 具有直流故障清除能力的主动接地式模块化多电平换流器［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 145 - 152 .

WANG Zhenhao ， ZHAO Jiajing ， CHENG Long ， et al . Active-grounded modular multilevel converter with DC fault clearing capability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 145 - 152 .

XU Shuaikai ， SONG Qiang ， ZHOU Yuebin ， et al . Dynamic model of the DC fault clearing process of a hybrid modular multilevel converter considering commutations of the fault current ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 17 ）： 6668 - 6672 .

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