基于混合型MMC和快速真空开关构建的柔性直流电网

0 引言

柔性直流电网在大规模新能源发电并网中有很好的应用前景，是国内外专家竞相研究的前沿热点方向[1 - 3]。考虑到远距离、大容量输电时的技术性与经济性，柔直输电系统通常采用架空线路进行大规模功率传输。以张北柔性直流电网工程[4]为例，由于500 kV/3 kA及以上等级的直流电缆还不成熟，且其制造成本过高，采用高压、大通流能力的直流电缆技术的经济性较差，因此张北柔直电网采用了架空输电线路[4]。但架空柔直系统发生直流故障概率相对较高，有必要研究其保护配置方案。目前，构建架空柔直电网主要有两种典型技术路径。

第一种典型技术路径是采用“半桥型MMC+高速大开断容量直流断路器[2]”。以张北工程为例，一旦直流线路发生短路故障，必须依靠直流断路器(DC circuit breaker, DCCB)在5～6 ms内开断数倍于线路额定电流的故障电流以隔离故障。然而，满足上述要求的高速大开断容量DCCB的研制非常困难，无论是混合式DCCB[2]还是机械式DCCB[5]，其有效性和可靠性仍需通过实际工程考验。文献[6]在南澳三端柔性直流输电工程进行了加装机械式DCCB的实时仿真与现场试验对比研究。针对500 kV/3 kA等级柔性直流电网的混合式DCCB应用几乎已达到了IGBT的承受极限。同时，即使这些DCCB的功能和性能均能满足要求，其成本都将非常昂贵。以张北工程为例，直流断路器总成本相当于换流阀总成本的三分之二[7]。由于直流电网中DCCB的用量很多，使得直流电网的经济性差，难以大规模推广应用。

第二种典型技术路径是利用“具备故障阻断能力的换流器+快速直流开关[8]”。所述具备故障阻断能力的换流器可以是由半桥子模块(HBSM)和全桥子模块(FBSM)或者箝位双子模块(CDSM)等其他类型子模块组合构成的混合型MMC，也可以是全桥型MMC等。一旦发生故障则闭锁直流电网中的所有换流器[8 - 12]，阻断故障电流通路。但该方案可能存在以下局限性：首先，由于子模块电容直流侧取能电源的影响，使得不同子模块电容的静态均压等效电阻值存在一定的大小差异。在换流器闭锁阻断直流故障电流期间，静态均压电阻值的差异会导致子模块电容电压发生两极分化[13 - 15]，使得一部分子模块因过压或欠压故障而被旁路。当被旁路的子模块数量超过允许值时，换流站交流断路器将跳闸，导致直流电网的重启动过程较为复杂。其次，为了将直流故障电流阻断为零，需将直流电网中的所有换流器闭锁。换流器闭锁后可迅速将直流故障电流阻断为零或者接近于零，从而在零电流工况下打开快速机械开关以清除直流故障。直流故障被清除后，直流电网保护系统在线路去游离后，闭合机械开关，重新接入被切除的故障线路，直流电网开始重启以恢复直流功率传输。该方案中，故障后直流电网的功率中断时间包括3部分：直流故障清除时间(一般小于10 ms)、线路去游离时间(一般为150～300 ms)、直流电网重启流程所需时间。一方面，在实际柔直工程中，换流器闭锁后的重启过程十分复杂，需要经历预充电、换流阀状态自检、解锁、顺控等一系列流程，耗时时间非常长。另一方面，将闭锁后的换流器在数百毫秒迅速重新解锁的做法目前主要见诸于理论研究层面，在实际工程中的可行性和合理性还需经过论证及工程考验。由于换流器闭锁期间，直流电网与外部交流电网隔离，其相对较长的功率恢复时间可能会导致交流系统失去稳定性。

因此，构建架空柔性直流电网迫切需要新思路。一方面，混合型MMC可输出较宽范围的直流电压和具备高度可控性的直流电流，因此可通过设计先进的控制策略来限制直流短路电流的大小。另一方面，文献[16]提出了一种电容换流型直流断路器，其阻断故障电流的思路是：通过在直流故障电流回路中串入一个电容器，使得故障回路转变成了含电感-电容的振荡电路，导致故障回路中的电流由原来的直流电流转变为交流电流[17]，并且在故障电流的第一个过零点阻断故障电流。借鉴此思路，本文充分利用混合型MMC的高度可控性，通过换流器的控制作用使得混合型MMC直流侧等效为一个可变电容，通过此可变电容串入直流故障回路中，使得故障回路中的电流出现一个或者多个过零点。其优势在于：1)可以在直流线路中安装快速真空开关来替代直流断路器，以减小直流电网的建设成本。在线路电流过零时，快速真空开关内部电弧自然熄灭，成功隔离直流故障；2)可保证换流器在直流故障期间不闭锁，使得直流电网在直流故障被清除后可以快速、柔性地切换到新的运行稳态，缩短直流电网功率中断时间，提高直流电网的利用率，大幅提高直流电网的经济性。

1 混合型MMC主动限流控制策略

1.1 主动限流控制的基本架构

图1 单换流器等效电路
Fig.1 Equivalent circuit of single MMC

图1所示主动限流控制基本架构由极控制器和阀控制器两部分构成。极控制器包括交流电流控制回路和直流电流控制回路。交流电流控制回路中，外环的“桥臂电容电压控制”包含电容电压平均值控制器以及直流功率前馈控制器，用于维持桥臂电容电压平均值为给定值Varmdcref。同时，直流功率前馈控制器输出分量Idref1叠加到电容电压平均值控制器的输出分量Idref2可加快桥臂电容电压控制器的响应速度，从而快速调整有功电流指令值Idref。内环交流电流矢量控制以及无功功率控制与常规半桥MMC基本一致，此处不再赘述。

第二种观点就是生活资料供应官与皇帝在其判决中给出的说理，他们都强调诚实信用的客观面(即第三方缔约人的信赖)，它与总管在具体地经营企业时所实施的各项活动的整体有关，而将指任人的意志置于次要位置。这种观点是对纯粹的意志主义原则的超越，植根于保护第三方缔约人的信赖的需求之上，他们与没有代理权的表见代理人缔约，也可能是因为，表见的被代理人有过错地容忍或无视表见代理人的行为。

直流电流控制回路中，外环控制用于控制混合型MMC直流功率/直流电压为给定值，其输出信号为内环直流电流指令值Idcref。根据不同的应用场景，外环控制器可以采用不同的控制模式。当换流站作为功率站时，外环控制器可以采用直流功率控制控制模式。当换流站作为电压站时，外环控制器采用直流电压控制模式。外环控制器的输出量Idcref经过内环直流电流控制器后进一步得到直流调制比Mdc。在本文中，混合型MMC桥臂中全桥子模块与半桥子模块的比例为7:3。根据文献[18]研究结论，此时混合型MMC的直流调制比输出范围为[-0.5，1.0]。功率站直流电流控制回路的控制外环在稳态运行时采用直流功率控制模式。当发生直流故障后，该功率站的极控制器经过一定的测量和控制延时(典型值为240～315 μs)后切换到直流电流直接控制。阀控制器主要包含环流抑制和电容均压控制，文献[19]对此进行了详细研究，此处不再详述。

这才是她真正想问的。她原打算先唠一些其他的事情，然后不着痕迹地自然过渡到这个问题上，但她实在没那样的天赋。

1.2 主动限流控制的优化控制策略

1.2.1 直流电压前馈控制

对于图2所示的单换流器系统，故障后线路电圧Vline迅速跌落至0(此处仅考虑金属性短路故障)。检测到直流故障后，功率站极控制器经过数十微秒的控制延时后切换为直流电流控制模式，换流器直流母线电压Vdc将在直流电流PI控制器的作用下非线性衰减至0，此电压衰减过程一般持续数毫秒到数十毫秒(取决于直流电流控制环路时间常数)。在Vdc下降至0之前，换流器将向故障点持续注入短路电流idc。当Vdc等于Vline时，idc达到峰值。Vdc越快下降为0，idc峰值越小。文献[18]提出的无闭锁控制中，在检测到直流故障后，迅速将直流调制比Mdc置零以达到快速减小的Vdc目的。该方法能够较好地应对金属性短路故障。然而在发生高阻故障时，若仍将Mdc置零让换流器直流侧输出零电压，将会导致换流器的直流电压无法自适应匹配故障点两端电压的大小，在高阻故障下也会使得换流器完全失去直流功率传输能力。

图2 换流器直流侧等效电路
Fig.2 Equivalent circuit of DC side of converter

针对以上不足，本文通过在内环直流电流控制器中增加Vdc的前馈控制量(详见图1中直流电压前馈控制器)，一方面可以使换流器直流母线电压自适应直流故障点电压，有助于换流器灵活应对金属性短路故障和高阻短路故障。另一方面，直流电压前馈控制器的引入可以进一步加快Vdc的衰减速度，减小故障线路电流峰值。含直流电压前馈控制的直流电流控制环路如图3所示，换流器直流电流idc的s域表达式idc(s)为：

数据管理、预警管理与预警发布管理3个模块安装在服务器端，由于交互性较强，采用B/S架构，基于ASP.NET的MVC模式设计。预警分析引擎也安装在服务器端，由于不需要进行详细的配置，采用C/S架构。服务器端实现远程数据管理、预警规则设定、预警分析处理等功能，在接收到实时数据后，进行分析计算，判别是否超警，同时生成预警消息，推送至客户端。

idc(s)=G1(s)Idcref-G2(s)Vline+G3(s)Vdc

(1)

(2)

(3)

(4)

由式(1)可知，直流电流实际上由稳态分量G1(s)Idcref、故障分量(-G2(s)Vline)以及前馈分量G3(s)Vdc 3部分构成。直流短路故障后，Vline突变为零，而Vdc经过数毫秒的延时后非线性衰减为零。稳态分量大小由直流电网故障前运行状态决定，可由直流电网潮流计算得出。故障分量大小由故障后换流器直流电压动态特性决定。附加直流电压前馈控制后，故障后Vdc和Vline具有十分接近的衰减特征。比较式、可知，当前馈系数KFF取值为1/VarmdcN且忽略Vdc和Vline动态特性的差异性后，故障后idc中故障分量和前馈分量的大小是比较接近的。由于前馈分量和故障分量二者大小接近，符号相反，因此从数学的角度来看，可以认为前馈分量的引入将抵消部分故障分量的影响，从而降低故障后直流过电流峰值。从物理变化过程的角度来看，直流电压前馈控制能够较大幅度的降低故障电流峰值的物理本质在于：通过引入直流电压前馈控制，使得换流器直流母线电压能够自适应外部线路电圧的变化，从而加快直流母线电压的衰减，减小直流故障电流峰值。

图3 含直流电压前馈控制器的直流电流控制环路
Fig.3 DC current controller with the feedforward controller of DC
voltage

1.2.2 直流电流目标预设控制

直流故障发生后，功率站经过一定的测量和控制延时后切换为直流电流直接控制模式，使得换流器直流母线电流具备高度可控性。因此，可以通过预先设定一组合适的直流电流目标控制曲线，将直流电流控制为所需要的大小。因此，本文提出了一种直流电流目标预设控制曲线，如图4所示。

图4 故障隔离期间直流电流目标预设控制曲线
Fig.4 DC current preset control curve during fault isolation

t1时刻，发生直流故障。

对建筑精装修工程施工质量控制管理工作，需事前优化制度合理的施工质量控制管理方案。就施工质量控制方案的制定，需施工部门及设计部门等相关质量控制管理人员事前进行沟通，结合建筑精装修工程实际情况科学合理的制定施工质量控制方案。针对相关图纸要严格审核，及时发现漏项、缺陷等问题，并及时反馈设计及施工部门以便做出正确调整。制定施工质量控制方案时，需涵盖施工目标、质量要求标准以及相关事前工作、人才培训等等。施工质量控制方案是否合理直接决定了工程总体质量，由此可见施工质量控制方案的制定尤为重要。所以每个建筑企业应当引以高度重视方案制定，如此方可达到建筑精装修工程质量可靠，进而为推动我国经济社会发展。

t2时刻，经过ΔT1(ΔT1为直流电压跌落到保护阈值以下所需要的时间或者计算直流电压变化率所需的数据窗长度，比如0.5 ms)时间的延迟后，换流器极控制器检测到本站直流母线电压Vdc跌落到0.6 p.u.以下或者直流电压变化率超过一定的阈值，该功率站由直流功率控制模式切换为直流电流直接控制模式，控制模式切换逻辑如图5所示。为了使故障电流出现过零点，功率站在故障后需要降直流电流运行，直流电流指令值Idcref由故障前的初始值Idcref0降为kIdcref0 (0≤k≤1, 本文取k=0)。在时间段ΔT2期间(ΔT2为故障清除时间)，功率站保持降直流电流运行状态。

图5 故障隔离期间直流电流目标控制切换逻辑
Fig.5 Switching logic for pretargeted controller of DC current

t3时刻，直流故障被清除，功率站将直流电流指令恢复至故障前的大小。

t4时刻，功率站从直流电流控制模式恢复直流功率控制模式。

2 直流电网拓扑结构

图6所示为一种基于混合型MMC和快速真空开关的单极性四端环形直流电网。换流器主回路参数如表1所示。

图6 四端环形直流电网拓扑
Fig.6 Topology of four-terminal DC power grid

表1 MMC换流器主回路参数
Tab.1 Main parameter of the MMC converter

位置额定容量/MW额定直流电压/kV联结变变比/(kV/kV)联结变漏抗/p.u.MMC1750500230/2900.15MMC21 500500230/2900.15MMC31 500500230/2900.15MMC4750500230/2900.15位置桥臂中半桥/全桥子模块数量子模块电容值/mF模块电容额定电压/kV桥臂电感/mHMMC157/1337.62.63100MMC257/13315.02.6350MMC357/13315.02.6350MMC457/1337.62.63100

换流阀中全桥子模块和半桥子模块配比为7:3。此比例即为昆柳龙工程中换流阀子模块配比。线路限流电抗器Ldc1、Ldc2均为10 mH。架空线(JL/G2A-720/50)采用四分裂导线，单位长度等效直流电阻为0.011 Ω/km，其长度如图6中标注所示。所有换流站的极控制器均采用了图1中所示的主动限流控制基本控制架构[20]。MMC1、MMC2、MMC4均为功率站。稳态运行时，功率站控制换流器传输的直流功率和无功功率。检测到直流故障时，功率站由直流功率控制模式切换到直流电流直接控制模式，且故障后其直流电流控制策略采用本文所提出的直流电流预设控制策略，如图4所示。直流电网初始运行时，送端换流站MMC1、MMC2共汇集1 875 MW的有功功率，受端换流站MMC3、MMC4下网功率分别为1 500 MW和375 MW。

为满足500 kV等级快速真空开关耐压需求，图6所示的快速真空开关可采用13个额定交流电压为40.5 kV的单个断口串联。直流电网中换流站控制和保护系统参数如表2所示。

公共图书馆服务对象广泛，涉及各个年龄段，一般采用调查问卷的方式来采集用户评价。调查问卷包含3各部分，第一部分是用户基本信息，如年龄、性别、家庭住址等；第二部分是调查问卷的核心内容，即LibQUAL+TM的各个指标；最后一部分是开放性问题，如用户对图书馆服务的建议与意见。调查问卷的核心是用户对LibQUAL+TM各指标的满意情况，每一指标可分若干种满意程度，并用不同分值计量。通过调查问卷的回收统计，对公共图书馆各服务层面进行客观总结，以便提高图书馆服务质量。

表2 换流器控制和保护系统参数
Tab.2 Parameter of the controller and protector

参数MMC1MMC2MMC3MMC4测量延时/μs90909090极控制器延时/μs50505050阀控制器延时/μs100100100100阀过流保护值/kA2.624.64.62.62直流电压前馈系数KFF0.70.700.7直流电流控制比例系数Kpv31.001.000.150.12直流电流控器积分系数Kiv31002005050直流电压控制比例系数Kpi30.15直流电压控制积分系数Kii3200直流功率控制比例系数Kpi30.60.60.6直流功率控制积分系数Kii3506080

额定交流电压为40.5 kV真空开关可应用于额定电压40 kV的直流领域，在开断状态下可承受峰值高达68 kV的暂态电压。采用电磁斥力机构驱动时，单个真空开关达到额定开距(约20 mm)所需的时间为3.5 ms[21]。直流电网保护系统故障检测时间设置为2 ms。

3 仿真验证

3.1 直流电网稳态运行以及功率调节过程验证

图7 MMC1和MMC2分别进行直流功率反转时直流电网的动态响应特性
Fig.7 Dynamic response of DC grid when MMC1 and MMC2 respectively carry out power inversion

图7所示为送端站MMC1和MMC2分别进行直流功率反转时直流电网的动态响应特性。3.5 s时刻，MMC2直流功率控制器的直流功率指令Pdc2ref由0.833 p.u.(1 250 MW)反转为0.833 p.u. (-1 250 MW)。3.8—4.1 s期间，Pdc2ref保持为-0.833 p.u.。4.1 s时刻，Pdc2ref恢复至0.833 p.u.。MMC2功率反转期间，Pdc2ref的变化率为5.556 p.u./ms。同时功率站MMC1和MMC4的直流功率指令保持不变。5.0 s时刻，MMC1直流功率指令Pdc1ref由0.833 p.u. (625 MW)反转为-0.833 p.u. (-625 MW)。5.3—5.6 s期间，Pdc1ref保持为-0.833 p.u.。5.9 s时刻，Pdc1ref恢复至0.833 p.u.。Pdc1ref的变化率为5.556 p.u./ms。同时功率站MMC2和MMC4的直流功率指令均保持不变。

从图7(a)可知，功率站MMC1和MMC2直流功率指令反转时，其实际直流功率Pdc1和Pdc2能够较好地跟随功率指令的变化而反转，功率站MMC4的直流功率始终维持恒定。当直流电网内部直流功率发生改变时，电压站MMC3作为功率平衡节点，将从直流电网吸收或者注入相对应大小的直流功率Pdc3来维持直流电网电压的稳定。从图7(b)可知，直流功率反转期间，换流器直流母线电压(Vdc1,Vdc2, Vdc3,Vdc4)波动幅值小于5%。从图7(c)可知，由于直流母线电压基本维持恒定，因此换流器直流母线电流(Idc1, Idc2, Idc3, Idc4)的动态特性与直流功率的演变过程基本一致。从图7 (d)可知，在直流电网功率反转的过程中，所有换流器子模块电容电压平均值(Vcavg1, Vcavg2, Vcavg3, Vcavg4)的波动幅值均小于1%。在MMC2的直流功率Pdc2由0.833 p.u.反转为-0.833 p.u.期间，MMC2内部子模块电容电压平均值Vcavg2将近似上升为1.008 p.u.左右。此现象主要是由功率反转期间换流器交直流侧功率不平衡引起的。从图7 (e)、7(f)可知，在直流功率反转期间，直流电网中各个换流器内部的A相上、下桥臂电流(IarmAup、IarmAdn)均能按照外部直流功率的变化做出相应的调整，且调整期间无桥臂过电流。

他在婚礼醉酒后的话语无时不在提醒着她，他并不喜欢她。但结婚后的许诺，作为一个丈夫，真的没话说。他的事业起步后，身边也出现不少好看的姑娘，但他从不跟人暧昧，除了必不可少的应酬，尽量赶回家陪她吃饭。

3.2 直流侧永久性短路故障

3.2.1 故障特性验证

在2 s时刻，MMC2直流侧限流电感出线端(Flt23)发生永久金属性短路故障。经过2 ms检测延迟时间后，直流电网保护系统向故障线路两端真空开关发送分闸命令，真空开关开始分闸并燃弧。其仿真结果如图8所示，由图8(a)分析可知，故障发生后经过16 ms延迟时间(即2.016 s时刻左右)，故障线路line23中的直流电流IdcL23、IdcL32存在过零点，使得处于燃弧状态的真空开关中的电弧自然熄灭，直流故障被清除。需要指出的是：虽然在2.002 s时刻左右，故障电流IdcL32中出现了第一个过零点，但由于故障行波经过0.69 ms的延迟后才传播到MMC3，使得MMC3本地保护系统在2.002 69 s时刻检测到故障。因此在IdcL32第一次过零的时刻，MMC3近端的真空开关并未分闸。

在作者李舍的笔下，子墨是最先出场的人物，且一出场就先声夺人，占据了所有“追光”。他获悉伊一身患尿毒症后，从外地赶来。这次来，他已做好为爱付出的准备。早些时日，他去医院偷偷做过检查，意欲为伊一捐肾，可惜配型不成功。为了让心爱的人活下去，他上网寻找肾源，不慎卷入非法的人体器官买卖活动。并以自己的智慧和决断，为伊一赢得了肾源和120万元的费用。当他见到了躺在病床上伊一，并向她表明了心迹。伊一没有接受他的赠予。他从昏睡中的伊一口里，听到她“讷讷地喊一个人的名字”，才知道自己并非伊一的情人。但他依然义无反顾地履行爱的义务，将120万元支票塞给了伊一闺蜜。然后，坦然地去投案自首了，接受了7年的牢狱之苦。

图8 MMC2直流侧限流电感出线端(Flt23)发生永久性故障时直流电网的动态响应特性
Fig.8 Dynamic response under permanent fault at the limiting inductance outgoing terminal (Flt23) of MMC2

由图8(b)可知，故障清除前，换流站直流母线电流(Idc1, Idc2, Idc3, Idc4)峰值均小于1.5 p.u.。故障发生后经过100 ms延迟(即2.1 s时刻)，直流母线电流均恢复至故障前的大小。需要指出的是：在2.1 s时刻左右，Idc1和Idc3中出现的过电流主要是由于直流电流PI控制器在暂态调节过程中的超调特性所导致的，可以通过修改PI参数来抑制其峰值。

11月16日，金沙江堰塞湖已出迪庆、丽江境内，金沙江水位降至警戒线以下，云南电网解除了自然灾害Ⅱ级响应，洪峰过境迪庆、丽江期间，云南电网累计出动应急保电人员3873人次，应急车辆813台次，调配低压供电套装2230套，应急发电机（车）97台。

由8(c)可知，故障后经过66 ms左右的延迟时间，换流站直流母线电压均恢复至额定值1.0 p.u.附近。故障期间电压站MMC3切换为直流电流控制模式，且其直流电压控制指令值始终跟随外部实际直流母线电压的变化，即维持在接近于零的水平。在2.016 s时刻，故障被清除，MMC3切换回直流电压控制模式，且直流电压指令值由接近于零的较小值在50 ms内提升至额定值1.0 p.u.。因此直流电网电压恢复时间近似为66 ms左右。

由图8(d)可知，从直流短路故障发生(2 s时刻)到换流站有功功率均恢复至其故障前的大小(2.1 s时刻)，这一暂态过程在100 ms内便可以完成。也就是说，Flt23处短路故障后直流电网的恢复功率传输能力仅需要100 ms左右。

由图8(e)可知，故障后由于换流站交直流功率不平衡，子模块电容电压平均值上升或者下降，但其波动幅值均小于5%，最大值仅为1.05 p.u.,远小于过压保护阈值1.3 p.u.。

由图8(f)—(i)可知，故障后MMC1和MMC4的所有桥臂电流峰值中的最大值为1.5 kA，远小于其的阀过流保护阈值2.62 kA。故障后MMC2和MMC3的所有桥臂电流峰值中的最大值为3.2 kA，远小于其阀过流保护阈值4.6 kA。

c)为故障发生后1 ms内MMC2内部相关物理量的变化过程。由9(a)分析可知，故障发生后经过210 μs延时(即测量与控制总延时大小)，MMC2直流母线电压Vdc2跌落为0.375 p.u.。同时，MMC2开始对外部直流故障做出响应，将Vdc2控制为0，同时其直流电流母线Idc2上升至其峰值1.5 p.u.。此后，MMC2输出负直流电压Vdc2，从直流电网吸收能量，加速直流故障电流的衰减。由图9(b)、(c)可知，故障发生后经过210 μs延时，MMC2中A相投入的半桥子模块数NHA量减小为0，同时A相投入的全桥子模块数量NFA减小为-100。在210 μs延时期间，由于MMC2投入的子模块数量和类型均维持故障前状态因此A相全桥子模块电容电压平均值VcFAavg和半桥子模块电容电压平均值VcHAavg均有小幅度的衰减，但其衰减幅度是可以忽略不计的。在2.000 21 s时刻至2.001 s时刻期间，由于半桥子模块被旁路(NHA=0)，全桥子模块被负投入而反向充电(NFA=-100)，因此VcHAavg保持不变，VcFAavg增大。

阿贝折射仪测定饮料的可溶性固形物的含量[10];p H计测定饮料的p H值;苯酚硫酸法测定饮料中多糖含量[1 1],2,6-二氯靛酚-紫外分光光度法测定饮料中维生素C的含量[1 2],三氯化铝显色法测定饮料中总黄酮[1 3]的含量。

图9 故障发生后1 ms内MMC2内部相关物理量的变化过程
Fig.9 Dynamic response of MMC2 within 1 ms after the fault

3.2.2 与现有技术方案的对比分析

装修的老气沉沉的前台和装扮的老气沉沉的前台小姐让环境很肃穆。酒店的墙壁上挂满了钟，意淫着酒店经常招待世界各地的客人。在这些钟里，除了北京时间是准确的以外，其他时间都是随性的。这象征了北京永远正确，世界上其他国家乱七八糟。在钟表的中央有一副画，画的内容是青松和流水，老鹰和老虎。

文献[22]提出了一种混合式MMC及其直流故障穿越优化策略，该控制策略在检测到直流短路故障发生后将直流电流指令值Idcref置零，仅仅通过直流电流PI控制器的作用将直流故障电流控制为零。其与本文图1中所示的主动限流控制策略区别在于：图1所示的主动限流控制策略中，其直流电流控制回路在文献[22]中直流电流控制回路的基础上，再附加了一个直流电压前馈控制器，从而极大的加快了故障后混合型MMC的直流母线电压下降速度，从而大幅度减小故障电流峰值。

图10所示为直流电流控制回路仅采用文献[22]提出的直流电流PI控制器时的故障线路电流大小。对比图8(a)和图10可以看出，采用本文提出的主动限流控制策略后，故障线路直流电流(Idc123)峰值从7 kA(图10)下降为4.5 kA(图8(a))左右，下降幅度高达35.7%，表明本文提出的主动限流控制技术能够较为明显的抑制直流线路短路后的故障电流。

图10 故障线路直流电流(无直流电压前馈控制)
Fig.10 DC current in the faulty line (without the DC voltage
feedforward control)

4 结论

结合“半桥型MMC+高速大开断容量直流断路器”与“全桥型MMC+快速直流开关”两种直流电网构建方案的优势与不足，本文提出了一种混合型MMC+快速真空开关的直流电网组网方案。利用混合型MMC对直流电流、直流电压的强大控制能力，强迫故障后直流线路中的故障电流出现一个或者多个过零点。即通过换流器的控制作用，使得故障回路中的电流由原来的直流电流转变为交流电流。在线路电流过零时，快速真空开关内部电弧自然熄灭，成功隔离直流故障。与“半桥型MMC+高速大开断容量直流断路器”与“全桥型MMC+快速直流开关”两种直流电网构建方案相比较，本文提出的直流电网组网方案特点在于：

水工混凝土是水工建筑物中的主要建筑材料。在我国高寒地区，水工混凝土受到大温差、强腐蚀的自然因素的影响，其力学性能及耐久性能都会受到较大的影响[1]。因此，复杂环境下的水工混凝土耐久性及力学性能研究对于水工混凝土在高寒地区的推广具有重要的意义[2]。

1)可以在直流线路中安装快速真空开关来替代高速大容量直流断路器，以减小直流电网的建设成本。由于直流电网中直流断路器用量较多且其价格较为昂贵，使得本文提出的构网方案经济性优势较为明显；

2)可以保证换流器在直流故障期间不闭锁，使得直流电网在故障被清除后可以快速、柔性地切换到新的运行稳态，缩短功率中断时间，提高直流电网的利用率，大幅度提高直流电网的经济性。

仿真分析表明：

1)稳态运行时，该组网方案可以灵活的对直流电网内部功率进行调节。功率反转期间，各个换流器的直流功率、直流电压、直流电流、桥臂电流、等关键电气量动态响应速度快，控制精度高；

2)直流故障发生后，所有换流器直流功率、直流电流最短可在100 ms左右全部恢复至故障前的水平。直流电压在故障清除后50 ms左右便可以恢复至额定值附近。故障期间，各个换流器的直流电压、直流电流、桥臂电流、子模块电容电压平均值等关键电气量均在安全范围内，无明显过电压和过电流。故障期间，故障线路直流电流峰值千安培左右，对快速真空开关的开断电流水平要求较低。