概要︱直流－直流自耦变压器控制与直流故障隔离

DQZHAN技术讯：概要︱直流－直流自耦变压器控制与直流故障隔离

本文作者为左文平，林卫星，姚良忠，文劲宇等，是华中科技大学SGO-DC团队(隶属于华中科技大学SGO课题组)，专攻柔性直流与直流电网方向的研究，近3年来已在直流输电方向发表论文70余篇(含中国电机工程学报17篇，SCI类论文十余篇)。团队发明了VSC-LCC串联混合型换流器、直流-直流自耦变压器、自阻型MMC、电容充电型直流断路器、级联升压型高增益直流变压器等系列原创性直流电网组网新装备技术，申请直流输电方向发明**共计20余项，其中获授权国家发明**7项，申请欧、美发明**各4项。主要开展高压直流输电、柔性直流输电、架空柔性直流输电、多端直流、直流电网、直流断路器、直流-直流自耦变压器、直流电网稳定性分析、直流电网新一代离线仿真平台等方面的研究。下面让我们一起来看一看直流–直流自耦变压器控制与直流故障隔离的相关重点。

1.项目背景

直流电网以及多端直流输电技术目前已引起了电力工业界和学术界的广泛关注。直流电网需要在直流侧对多条直流线路或多个区域子网进行互联，当待互联的直流系统电压等级不同时，需要用到直流变压器。现有的高压、大功率直流变压器一般采用DC/AC/DC技术，所有传输的直流功率均需经过两级AC/DC变换，存在换流器投资成本高，运行损耗高的缺陷。借鉴于交流自耦变压器技术，近3年内国内外学者提出的直流自耦变压器(DCAUTO)技术利用高、低压系统之间的电气耦合特性，可以使得高低压系统间传输的部分功率无需经DC/AC/DC变换，而是直接经过电气联系传输，从而可大大降低换流站容量与运行损耗。DCAUTO由多个换流站在直流侧串联而成，其控制与直流故障隔离比常规DC/AC/DC技术稍显复杂，本文将深入研究DCAUTO的控制与直流故障隔离。

2.论文所解决的问题及意义

DCAUTO拓扑如图1所示。

图1DCAUTO

论文提出了利用MMC2控制DCAUTO的交流公共母线B1的交流电压，利用MMC1、MMC3控制DCAUTO传输的直流功率的控制策略。为了隔离高压侧直流故障，提出了在MMC1、MMC3的各桥臂上串联具备阻断直流故障电流的子模块的方案(例如自阻型子模块)，并分析了不同升压比下，自阻型子模块所占的比例。为了隔离低压直流系统直流故障，提出了MMC1、3的耐压不够时，在MMC1、3上额外串联半桥子模块的方案。综合双向直流故障隔离要求，图2对比了常规DC-AC-DC，不具备直流故障隔离能力的DCAUTO(‘DCAUTONoIsilaiton’)及具备双向直流故障隔离能力的DCAUTO(‘DCAUTOIsolation’)的成本与变比的关系。以常规DC-AC-DC为例，当变比在1~5之间时，DCAUTO的总换流器容量仅为DC-AC-DC的40%~80%，可大大降低成本。

图2DCAUTO与DC-AC-DC所使用换流器容量的对比

3.论文重点内容

论文分析和探讨了以下4方面问题：(1)直流自耦变压器与交流自耦变压器的类比；(2)DCAUTO的控制；(3)DCAUTO的直流故障响应及故障隔离方法；(4)考虑双向直流故障隔离能力后，DCAUTO的损耗率计算。

4.结论

当直流升压比在1~5之间变化时，DCAUTO的换流器容量仅为常规DC/AC/DC技术的40%~80%。以±320kV/±500kV,1000MW的DC/DC变换器为例，采用常规DC/AC/DC技术所需要的换流器总容量为2000MW，损耗率约为1.8%，采用DCAUTO技术仅需要1020MW换流器就能实现常规DC/AC/DC技术的全部功能，并且损耗率仅为1%。