CN102449870A - 网状高压直流输电网络中的电力潮流控制 - Google Patents

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Abstract

一种网状HVDC输电网络(10)，包括通过至少三个传输线路(16，18，20)互连在第一闭合路径中的至少三个HVDC换流站(1，2，3)。第一DC电力潮流控制设备(30)串联连接到至少三个传输线路中的第一传输线路(20)中。所述第一DC电力潮流控制设备(30)从第一传输线路(20)获取该第一DC电力潮流控制设备(30)自身的电力并平衡所述第一闭合路径中的DC电流分布。

Description

网状高压直流输电网络中的电力潮流控制
技术领域
本发明涉及一种网状HVDC输电网络，包括通过至少三条传输线路互连在第一闭合路径中的至少三个HVDC换流站(converter station)。本发明还涉及一种在这种网络中控制电力潮流(power flow)的方法以及一种DC电力潮流控制设备，该DC电力潮流控制设备被布置成连接到该网络中的传输线路之一。
背景技术
在现有技术中，通常已知的是：HVDC输电是以点对点互连的方式经由双端HVDC链路实现的。这种双端HVDC链路是包括有两个电力换流站的HVDC传输系统，在输电线路的每个末端处各有一个电力换流站。输电线路通常是单极线路或双极线路，该双极线路分别包括有位于几百千伏直至上千千伏的高DC电压处的第一极以及连接到地或连接到相反极性的高DC电压用于返回电流的第二极。实际上也存在有少数几个所谓的多端HVDC输电系统或网络，这些输电系统或网络包括有不止两个换流站和不止一条传输线路。良好的示例是在加拿大的魁北克和美国的新英格兰之间的HVDC传输网络，其具有世界上第一大规模的多端HVDC传输网络。该网络现今包括以串联的方式经由两条输电线路互连的三个换流站并且覆盖了1480千米的线路距离。换流站的线性互连还可以被称为非网状网络，以与包括有闭合路径的网状网络以及包括有闭合路径以及线性互连的部分网状网络形成对比。
在未来，预期要建造更多以及一定程度上甚至更大的HVDC传输网络，这些HVDC传输网络可以适用于覆盖更长的距离和/或更大的面积并且可以用于例如在不同的陆地之间传送电力。这种大型HVDC传输网络可以是从零开始建造的，但也可以是在现有较小的HVDC传输网络之间新添加链路的结果。例如，由Mata Prasad等人在1999年9月在马来西亚的吉隆坡举办的Cigré研讨会上提交的“Viability of a national HVDCTransmission Ring in India”中，建议了可以在所谓的HVDC环方案中将印度现有的和未来的HVDC传输网络以及背对背式(back-to-back)HVDC链路集成起来，这实际上将形成包括有闭合路径和线性互连的部分网状HVDC网络。文章中指出：对这种扩大的HVDC传输网络的实施和操作需要结合所需的控制算法的分层公式考虑具体问题，诸如构成网络的HVDC链路之间的协调，确保网络的各个区域的线路中最佳的电力潮流，并且以区域化的方式稳定网格。
涉及多端HVDC网络的其它文档重点主要集中在网络的稳定性和可用性上，特别是在线路故障的情况下，诸如在由Michael在1999年3月在波兰的波兹南举办的Central European Power Exhibition andConference(CEPEX)上提交的“Multiterminal HVDC for High PowerTransmission in Europe”中，或者诸如在由Victor F.Lescale等人在2008年10月12至15日在印度新德里举办的IEEE Power India Conference(POWERCON)上提交的“Challenges with Multi-Terminal UHVDCTransmissions”中。
目前为止，在现有技术中还没有对网状HVDC网络在无故障工作条件下的工作进行过讨论。
发明内容
本发明的目的是提出一种可以在宽范围的负载条件下确保网状HVDC网络的工作的方案。
该目的是由根据权利要求1所述的一种在网状HVDC输电网络中控制电力潮流的方法、根据权利要求7所述的网络和根据权利要求9所述的DC电力潮流控制设备所实现的。
本发明基于对下述事实的认识：在具有至少一个闭合路径的网状HVDC网络中，可以对电力潮流的至少两种可能的路线的可用性加以利用，从而缓解那些对非常大的电流或者甚至接近于触发过流保护功能和/或设备的电流进行输送的传输线路。根据本发明，在包括有通过至少三条传输线路互连在第一闭合路径中的至少三个HVDC换流站的网状HVDC输电网络中的电力潮流是通过如下而被控制的：将电力供应到下述第一DC电力潮流控制设备，该第一DC电力潮流控制设备是串联连接到至少三条传输线路中的第一传输线路中的，其中，电力是从该第一传输线路分接出的；对第一DC电力潮流控制设备进行控制以平衡第一闭合路径中的DC电流分布。通过平衡电力潮流，即通过使经由并联连接的电流改道来在网状HVDC网络中尽可能均匀地分配电流潮流，使得缓解了重负载线路、最优地使用了网络的输电容量、降低了损失并且避免了过流保护设备的不必要的干预。此外，并不总是被过流保护设备保护的架空线路可以避免不再引起由于高电流潮流导致的架空线路的长度增加所引起的接地故障。如在世界各地所发生的几个情况中，重负载过流传输线路会增加线路的长度，这是因为所生成的热到了如此程度以使得重负载过流传输线路显著地下陷并会与接地物体例如在它们下面生长的植物进行物理接触。因而发生的接地故障可以是发展成更大范围的停电的起点。如果在对电流潮流进行重新分配时将传输线路的热容量考虑进去，那么这种情况就可以由于本发明而避免。
优选地，假设网状HVDC输电网络是由中央控制单元控制的。该网状HVDC输电网络可以是独立的网络或者子网络，子网络是更大的HVDC输电网络的一部分或者是包括有一个或几个AC输电网络的混合式输电网络的一部分。据此，无论是独立的网络还是自网络，中央控制单元都可以独立地控制网状HVDC网络、或者可以对更大的HVDC网络的或者混合式网络的一部分进行控制、或者可以对整个更大的HVDC网络或者整个混合式网络进行控制。中央控制单元的任务之一是确保作为受控网络的一部分以及特别是网状HVDC输电网络的一部分的传输线路中没有任何一条承载过流。
在网状HVDC输电网络的第一实施例中，建议中央控制适于检测在至少三条传输线路中的一条传输线路中的DC电流水平是否超过了DC电流限制，如果超过了，则中央控制单元向第一DC电力潮流控制设备发送出电流控制信号，从而启动第一DC电力潮流控制设备，以将附加的DC电压注入到第一传输线路中，使得第一传输线路中的DC电流水平合适地增加或降低。电流控制信号优选地包括所期望的要被注入的附加的DC电压的幅度和符号，但是电流控制信号也可以只是针对第一传输线路的DC电流限制连同一些关于同一闭合路径中的其它的传输线路中的DC电流水平的状态的信息，将对所期望的要被注入的附加的DC电压的幅度和符号进行确定的任务留给第一DC电力潮流控制设备中的内部控制单元。
在本发明的更具体的实施例中，在第一传输线路的DC电流水平超过该第一传输线路自身的DC电流限制的情况下，第一DC电力潮流控制设备被控制以将附加的DC电压注入到第一传输线路中，从而降低第一传输线路中的DC电流水平。应该最好将DC电流限制选择为低于第一传输线路的热容量限制和/或低于会触发特定的过电流保护功能和/或设备的限制。附加的DC电压可以是正或负电压，这是因为取决于第一DC电力潮流控制设备与第一传输线路的端部的相对位置，正电压注入或者负电压注入都会导致使第一传输线路的两个端部之间的电压差降低，使得线路中的DC电流水平被降低。在对第一实施例的另外的发展中，仅当至少三条传输线路中的形成与第一传输线路并联连接的其它的传输线路中的DC电流水平是在各自的DC电流限制以下时才降低第一传输线路中的DC电流水平。据此，确保了并联连接的传输线路确实具有接收第一传输线路中的电流水平所降低了的电流差的能力。通过将电力从第一传输线路而不是从外部电源或者外部电力供应网络施加到第一DC电力潮流设备，第一DC电力潮流设备变得独立于任何附加的基础设施并且可以由此可以定位在从网络设计的观点来看是最好的地方，甚至是在远程的以及不可访问的位置处。
在本发明的第二实施例中，在属于与第一传输线路相并联的连接的一条其它传输线路的DC电流水平超过了该一条其它传输线路自身的DC电流限制的情况下，对第一DC电力潮流控制设备进行控制以将附加的DC电压注入到第一传输线路中，从而使第一传输线路中的DC电流水平增加。同样，取决于第一DC电力潮流控制设备与第一传输线路的端部的相对位置，附加的DC电压可以是正的或者负的。与第一实施例相反，这时的目的不是降低两个端部之间的电压差而是增加电压差，以使得第一传输线路中的DC电流水平增加。与第一实施例一样，最好的是检查了第一传输线路是否确实具有接收来自并联连接的一些电流的能力，即仅当第一传输线路中的DC电流水平是在该第一传输线路自身的DC电流限制以下时才降低一条其它的传输线路的DC电流水平。一条其它的传输线路的DC电流水平的降低当然意味着串联连接在同一并联连接中的所有其它的传输线路的DC电流水平也是降低的。
在本发明的另外的实施例中，HVDC网络包括多于三个HVDC换流站，其中，一对HVDC换流站互连在第一闭合路径中而一对HVDC换流站互连在第二闭合路径中，以及其中，一个或者一些HVDC换流站可以既是第一闭合路径的一部分也是第二闭合路径的一部分。在这样的HVDC网络中，第二DC电力潮流控制设备可以串联连接到属于第二闭合路径的第二传输线路。根据本发明的另外的实施例，将电力供应到第二DC电力潮流控制设备，其中，电力是从所述第二传输线路分接出的，而对第二DC电力潮流控制设备进行控制以使得第二闭合路径中的DC电流分布保持平衡。据此，通过策略性地将DC电力潮流控制设备放置在各个闭合路径中，以使得整个网络中的电流分布可以被平衡并被优化，并且由此可以最优地使用网络的输电能力，即使在非常大并且密集互连的网状HVDC网络中对电力潮流进行控制也成为了可能。
根据网状HVDC输电网络的具体实施例，网络的换流站各自包括电压源换流器(VSC)。如今处在工作中的多端HVDC方案全部都利用了传统的具有电网换向换流器(LCC，line commutated converter)的传统HVDC技术。然而越来越多的基于VSD-技术的双端HVDC链路被引入到了市场上，如由Agelidis等人在2006年9月23至26日在中国西安举办的the National Power Electronics Conference of China上提交的“Recent Advances in High-Voltage Direct-Current Power TransmissionSystems”中所描述的。因为电压源换流器用独立于实际电力潮流方向的同一电压极性来工作，该技术非常适合用于多端HVDC输电网络并由此适用于网状HVDC输电网络，这是因为网络中的电力潮流沿着两个方向都可以发生变化而无需开关动作。
附图说明
对本领域技术人员而言，根据以下结合附图的详细说明，本发明的其它特征和优点以及另外的实施例将变得更加明显，在附图中：
图1示出根据本发明的包括有第一闭合路径的网状HVDC输电网络；
图2示出包括有第一闭合路径和第二闭合路径的网状HVDC输电网络；
图3示出用于单极传输线路的DC电力潮流控制设备的第一实施例；
图4详细地示出图3的DC电力潮流控制设备的第一换流器；
图5详细地示出图3的DC电力潮流控制设备的第二换流器；
图6示出用于双极传输线路的DC电力潮流控制设备的第一实施例；
图7示出对多端HVDC输电网络中的电压降进行补偿的方法的步骤；
图8示出用于单极传输线路的DC电力潮流控制设备的第二实施例；
图9示出用于单极传输线路的DC电力潮流控制设备的第三实施例；
图10示出用于单极传输线路的DC电力潮流控制设备的第四实施例。
具体实施方式
图1示出一个闭合路径形式的网状HVDC输电网络10，其也称为第一闭合路径，该网状HVDC输电网络10分别经由传输线路16、18和20将三个HVDC换流站1、2和3互连。电力潮流直接从换流站2到换流站1和换流站3并从换流站3到换流站1，如由用于电流方向的箭头所指示的。在换流站1和换流站3之间，DC电力潮流控制设备30串联连接到传输线路20，DC电力潮流控制设备30具有这样的能力：其在第一闭合路径中调节电流分布，使得电流分布保持平衡，从而避免在三条传输线路中任意一条中的过流。DC电力潮流控制设备30直接从传输线路20接收该DC电力潮流控制设备30自身的电力。中央控制单元4对HVDC输电网10的工作进行控制，并因此与换流站1、2和3通信以及与DC电力潮流控制设备30通信，如虚线双箭头所指示的。
图7中示意性地描绘了一种控制网状HVDC输电网络的方法。该方法是通过控制单元来执行的，该控制单元可以是集成在DC电力潮流控制设备中的控制单元或者可以是监测和监视HVDC网络的中央控制单元。在第一步骤54中，确定了HVDC网络中的至少一条线路的电流水平，其中该至少一条线路是已知或预期在可能超过可接受的电流水平方面是关键的线路。在第二步骤56中，决定所确定的电流水平是否超过DC电流限制。该DC电流限制是这样的电流限制：其指示了线路上的高电流水平，但是是在线路的热容量限制以下和/或在触发过流保护功能和/或设备的电流限制以下。对网络中的每条传输线路来说，取决于各个线路特性，电流限制值可以不同。如果第一步骤54中所确定的电流水平不超过限制，那么该方法返回到步骤54并且继续对电流水平进行监测。如果电流水平超过了限制，那么在第三步骤58中检查网络中是否存在可以拿走一部分电流的并联连接，即是否存在到具有过流水平的线路、具有一些剩余的电流容量的并联连接或并联电流路径。这可以例如通过对将并联连接中的传输线路的电流水平与其各自电流限制进行比较来确定。如果没有找到任何具有剩余电流容量的并联连接，那么该方法返回到步骤54，否则，将电力供应到与DC电力潮流控制设备串联连接的至少一个并联连接，这是在第四步骤60中执行的。在第五步骤62中，对至少一个DC电力潮流控制设备进行控制以将附加的DC电压注入到HVDC网络中，其中对附加电压的幅度和符号进行了选择，使得在DC电力潮流控制设备所连接到的传输线路上的电压差降低以降低该线路上的电流水平或增加以增加该线路上的电流水平，其中电流水平仅减少了可以由并联连接所拿走的幅度。
在图1的示例中，全部三条线路16、18和20的电流水平被确定。在示例中，假设最初电流分布很不平衡，这由括号中示出的电流水平所指示。可以看出，在HVDC网络10中存在两个并联连接，其中电流可以从换流站2流到换流站1。在由传输线路18和传输线路20形成的第一连接上，电流水平原先仅是0.6kA，而在由传输线路16形成的第二并联连接上，电流水平原先仅是1.4kA。假设所有三条传输线路16、18和20的电流限制均设定为1.1kA。据此，在步骤56中，识别出了在传输线路16上的电流水平太高。因此，在步骤58中检查并联连接是否具有一些剩余的电流容量，即传输线路18和传输线路20上的电流水平是否是在其电流限制以下并且其低于该限制多少。因为在传输线路18和20上剩余有足够的电流容量，如自线路电流限制和线路电流水平之间的0.5kA的差所实现，因此从传输线路20对DC电力潮流控制设备30供应电力并进行控制将附加的正电压注入到传输线路20中，使得换流站3和换流站1之间的电压差增加。因此，增加了流过传输线路20的以及流过被串联连接在同一电流路径中的所有其它传输线路即这里的传输线路18的电流。附加的DC电压需是正电压，这是因为DC电力潮流控制设备30是沿着线路18以及线路20中的电流流向被定向的，并且线路中的电流应该被增加。可以在图1中根据描绘在电压源设备30的符号上的四象限图中的加号和减号看出DC电力潮流控制设备30的定向，该图指示正电压从较高的左边注入到较低的右边，即沿着与图1中电流在传输线路20上流动的方向相同的方向。
该定向指示了表示在正的附加DC电压的情况下由DC电力潮流控制设备30生成并注入的电压的极性。在相反的情况下，如果需要降低传输线路18和传输线路20中的电流，那么需要来降低传输线路20上的电流的附加的DC电压会是负电压。如图1所示，传输线路16和传输线路18上的电流水平增加了0.4kA，使得结果1kA流过所有三条传输线路，即HVDC网络10上的电流分布变得均匀地平衡。
在图2中，示出不同于图1的另一种可能的HVDC网络拓扑的示例，从而示出如何在多于一个的闭合路径中布置多个DC电力潮流控制设备以平衡网络中的电流分布。该网络包括两个闭合路径7和8，每个闭合路径分别包括四个换流站9、11、13、15以及19、21、23、25。两个闭合路径7和8经由换流站13和换流站23之间的线性互联而互联，换流站13和换流站23之间有另外的换流器。在第一闭合路径7中，第一DC电力潮流控制设备22串联连接到换流站13和换流站15之间的传输线路27，以便平衡第一闭合路径7中的电流分布。在第二闭合路径8中，第二DC电力潮流控制设备24串联连接到换流站21和换流站23之间的传输线路29，以便平衡第二闭合路径8中的电流分布。通过以协同的(coordinated)方式控制第一DC电力潮流控制设备22和第二DC电力潮流控制设备24，不仅可以在闭合路径内部调整电流水平，还可以在线性互联中，即在将换流站13和换流站23互联起来的传输线路上调整电流水平。两个DC电力潮流控制设备22和24均直接从它们所连接到的传输线路上电力馈电。
用以下所描述的各种实施例来解释可以如何实现这种线馈送DC电力潮流控制设备。
在图3中示意性地示出DC电力潮流控制设备30的第一实施例。DC电力潮流控制设备30串联连接到传输线路20(参见图1)，并被描绘为虚线框。更具体地，DC电力潮流控制设备30连接到所谓的电压注入点26和电力分接点(power tapping point)28之间的传输线路20。传输线路20位于高DC电压水平处，这里是标称的300kV，并且其在图3的示例中是单极传输线路。如双线所指示的，DC电力潮流控制设备30安装在绝缘平台35上。该平台35优选地连接到与传输线路20的电压水平相同的电压水平，即连接到300kV。
DC电力潮流控制设备30包括第一换流器32，这里第一换流器32是电网换向换流器(LCC，line commutated converter)，如是例如根据在Erich Uhlmann，″Power Transmission by Direct Current″，Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York，1975中所描述的现有技术而已知的。第一换流器32用作为整流器以将AC电压变换成DC电压，而由此能够将DC电压注入到电力分接点28和电压注入点26之间的传输线路20上，即第一换流器32与线路串联并且定向为自电力分接点28到电压注入点26。第一换流器32又包括第一变压器42、第一组43电流阀以及第一电感器L1。在该第一组43中的电流阀各自具有控制端子31，并且被设置成相互串联且与电压注入点26和电力分接点28之间的传输线路20串联，其中这些阀直接连接到电力分接点28并且经由串联连接的第一电感器L1间接连接到电压注入点26。电流阀具有与线路有关的定向，其允许电流在线路中沿着一个方向行进，同时阻止电流沿着相反的方向行进。此外，第一组43电流阀被划分成多个部分，其中一个第一部分被连接到第一变压器42的第一绕组或第一组相绕组，而第二部分被连接到第一变压器42的第二绕组或第二组相绕组，其中第一变压器42是三相三绕组变压器。在这里，每个部分提供要由第一换流器32注入到传输线路20中的电压的一部分。
图4更详细地示出对第一换流器32的可能的实现方式。LCC换流器的第一变压器42是三相三绕组变压器，其具有磁连接到第一组Δ互连相绕组(Delta-interconnected phase winding)W4、W5和W6而且还磁连接到第二组Y互连相绕组W7、W8和W9的第三组相绕组W1、W2和W3。第三组中的每个相绕组W1、W2和W3的第一端经由各自的开关S1、S2和S3连接到第二变压器40(参见图2)，而这些绕组W1、W2和W3的第二端共同连接到平台上的局部地(local ground)。
第一换流器32的第一组43电流阀的第一部分包括6个这里为半导体闸流管(thyristor)形式的电流阀，其中第一电流阀T1和第二电流阀T2连接在与传输线路20串联的第一支路中，第三电流阀T3和第四电流阀T4连接在与传输线路20串联的第二支路中，且第五电流阀T5和第六电流阀T6连接在与传输线路20串联的第三支路中。由此，第一支路、第二支路和第三支路与传输线路20串联并且相互并联。第一组相绕组中的单相绕组W4的第一端被连接到第一支路中、第一电流阀T1和第二电流阀T2之间。同一相绕组W4的第二端被连接到另一个相绕组W5的第一端，其中该其它相绕组W5的第一端还被连接到第二支路、第三电流阀T3和第四电流阀T4之间。该其它相绕组W5的第二端被连接到第一组绕组中的最后的相绕组W6的第一端。该最后的相绕组W6的第一端还被连接到第三支路中、第五电流阀T5和第六电流阀T6之间，同时该最后的相绕组W6的第二端被连接到第一组相绕组中的首先提到的相绕组W4的第一端，由此提供Δ连接。
第一换流器32的第一组43电流阀的第二部分具有相同的类型，并且设置成以与第一部分相同的方式与传输线路20串联，其中第一部分和第二部分被布置成相互串联在电力分接点28与第一电感器L1之间。由此，在第二部分中也有三条并联支路，每条支路各自具有两个电流阀：T7、T8，或者T9、T10，或者T11、T12。第二组绕组的每个相绕组W7、W8和W9的第一端连接在相对应支路的两个电流阀之间，而第二组绕组的相绕组W7、W8和W9的第二端相互连接，由此提供Y连接。
再次参照图3，DC电力潮流控制设备30除了包括第一换流器32之外，还包括电流检测器36，在本实施例中，电流检测器36连接到电力分接点28，以便确定传输线路20中的DC电流的电流水平。电流检测器36又连接到控制单元38。控制单元38是可以通过使用处理器和相关联的程序存储器来实现的，控制单元38确定需要注入到传输线路20中的所期望的DC电压，以便使由电流检测器36确定的电流水平降低或增加，并且计算要被施加到第一组43电流阀的相对应的控制信号。控制单元38对电流阀的控制端子31发出相对应的控制信号。这里，要被注入的电压典型地通过电流阀的相角合适的变化来实现。控制单元38还连接到第二换流器34，以下解释该第二换流器34的结构和功能。
DC电力潮流控制设备30包括第二换流器34，该第二换流器34分流连接在传输线路20的电力分接点28和接地端子33之间，且也由控制单元38控制。由此，第二换流器34以与图1中的换流器1和换流器3相同的方式被设置在传输线路20和地之间。第二换流器34还连接到第二变压器40，第二变压器40自身经由线路37连接到第一变压器42的第三绕组或第三组相绕组。
图3的实施例中的第二换流器34是电压源换流器(VSC)34，其用作为逆变器，即电压源换流器(VSC)34将输入DC电压转换为输出AC电压。这里，输入DC电压是电力分接点28处的电压，而输出AC电压是变压器40的输入电压，该输入电压被变换成为线路37上的期望的AC电压水平。因此，线路37可以被认为是布置在平台35上的局部AC网络，其被用作为第一换流器32的馈送网络并被用作为平台上的另外的设备的辅助电源，另外的设备诸如断路器，其中，这种另外的设备未在图中示出。
在图5中示出第二换流器34的一种可能的实现方式，其中有两个串联连接的、这里为两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)形式的电流阀44和46，每个电流阀44和46分别具有与其反并联(anti-parallel)连接的二极管48和二极管50。电容器52与电流阀44和电流阀46二者并联连接，即电容器52连接在第一电流阀44的IGBT的集电极与第二电流阀46的IGBT的发射极之间。第二电感器L2连接在传输线路20上的电力分接点28与串联连接的电流阀之间。电流阀44和电流阀46之间的连接点连接到第三电感器L3，第三电感器L3自身连接到图2的变压器40。第一电感器L1、第二电感器L2以及第三电感器L3指示对高频谐波进行滤波的滤波器的存在。
在HVDC输电网络10是双极系统、第一极是传输线路20的情况下，DC电力潮流控制设备30包括其用在单极情况下(参见图3)的基本部件的重复(duplicate)，如图6所示。重复的基本部件是重复的第一换流器32*、重复的第二换流器34*、重复的第二变压器40*以及重复的局部AC网络线路37*，它们以与原始部件连接到第一极的方式相同的方式相互连接并且连接到第二极20*。
参照先前所描述的图1至图5以及图7来描述如何对本发明的DC电力潮流控制设备进行操作的示例。根据图7中的第一方法步骤54和第二方法步骤56，检测器36可以用于对传输线路20的DC电流水平进行连续地监视。所检测到的DC电流水平经由控制单元38转送到中央控制单元4，中央控制单元4然后确定是否需要将附加的DC电压注入到传输线路20中，以及如果需要那么电压应该具有多大的幅度和哪一符号。所检测到的DC电流水平被发送至中央控制单元4，而由控制单元38从中央控制单元4经由中央控制单元4和控制单元38之间的双向通信线路来接收所谓的电流控制信号，该双向通信线路在图3中被指示为块状双箭头。基于由电流检测器36检测到的电流水平以及基于另外的信息诸如针对传输线路20所限定的DC电流限制、DC电力潮流控制设备30的方向和实际的DC电流水平，以及与传输线路20在同一闭合路径中的其它传输线路的相对应的DC电流限制，中央控制单元4执行确定是否需要注入附加的DC电压以及需要注入哪个附加DC电压的功能。如果传输线路20或者在同一闭合路径中的传输线路之一(即传输线路16和传输线路18)的、所检测到的DC电流水平超过了其DC电流限制，中央控制单元4决定需要将附加的DC电压注入到传输线路20中。在该情况下，根据第三步骤58，中央控制单元4还确定在与具有超过其DC电流限制的电流水平的传输线路并联的连接中剩余电流容量是否足够拿走一些电流。如果不足够，方法返回到步骤54，即不进行任何动作。
在针对闭合路径中没有剩余电流容量的情况下的可替换方案中，中央控制单元4可以决定降低属于闭合路径的所有传输线路16、18以及20中的电流。在这种情况下，除了步骤60和62之外，中央控制单元4会需要采取另外的措施，诸如给换流站1、2和3发送出合适的控制信号，要求这些换流站降低总电流。这里没对这些另外的措施进行描述。
在并联连接中的电流容量足够的情况下，取决于超过的DC电流水平以及其相对应的DC电流限制之间的差，以及剩余电流容量的幅度和DC电力潮流控制设备30的方向，所期望的要被注入的附加DC电压的幅度和符号由中央控制单元4计算，并作为电流控制信号发送至控制单元38。以这种方式，根据步骤60和步骤62，DC电力潮流控制设备30被启动以开始经由第二换流器34从传输线路20分接电力，并且开始经由第一换流器32将合适的电压注入到传输线路20中。
为了将其实现，取决于要被注入的附加的DC电压的期望的幅度和符号，控制单元38计算其发送到第二换流器34的以及发送到第一换流器32的控制信号，以便分别将它们启动以提供并且注入附加的DC电压到传输线路20中。然后由电力分接点28和电压注入点26之间的第一换流器32注入附加的DC电压。更具体地，根据图7的第四步骤60，经由第二换流器34通过在电力分接点28处分接来自传输线路20的DC电力来执行对附加的DC电压的提供。然后，所分接的DC电力被通过第二换流器34和第二变压器40转换成中间的AC电力，该中间的AC电力又由第一变压器42转换，从而将合适的AC电压施加到第一换流器32。然后，通过第一换流器32的第一组43电流阀的合适的开关来执行将附加的DC电压注入到传输线路20中，使得AC电压被转换为DC电压，并且使得DC电压的水平和极性被调整为由控制单元38计算出的所期望的附加DC电压的水平和极性。
在可替换的方案中，控制单元38装配有通信装置，以与HVDC输电网络10中的其它设备进行通信，还可能的是：控制单元38自身独自执行全部步骤54至步骤62，或者这些步骤可以以其它方式例如以上所描述的方式在中央控制单元4和控制单元38之间或者甚至是在另外的控制单元之间被分担。
因为是通过分接来自电力线路自身的电力来提供用于调整电流水平所需的电力，所以不需要外部电源，这意味着可以将本发明的DC电力潮流控制设备设置在远程的以及不可访问的位置处。
根据本发明的串联连接的DC电力潮流控制设备的设计可以以多种方式变化，现将对一些方式进行描述。
图8示出DC电力潮流控制设备30’的第二实施例，而图9示出DC电力潮流控制设备30”的第三实施例，这两个实施例在大多部分具有与图3的DC电力潮流控制设备30相同的结构，并且这两个实施例被设计成对传输线路20上的反向电流进行处理。如图所示，这两个实施例的第一换流器32’和32”分别与图3的第一换流器32不同，而为了简单起见，在图8和图9中均未示出电流检测器36和控制单元38，即使电流检测器36和控制单元38出现在DC电力潮流控制设备30’和30”二者中。
在图8中，第一换流器32’包括第一组43电流阀和附加的第二组43’电流阀，这里，附加的第二组43’电流阀设置在以第一组中的方式相同方式包括有支路的各部分中。该第二组43’电流阀与第一组43反并联地连接。第二组43’还以与第一组43电流阀相同的方式连接到第一变压器42，并且接收相同的控制信号。
图9中的第一换流器32”提供了与图8中的第一换流器32’基本同一类型的功能，但是仅需要第一组43电流阀。这里，用于处理反向电流的布置包括一组被布置成使流过与传输线路20有关的第一组43中的电流阀的电流的方向发生反向(reverse)的开关S4、S5、S6以及S7。开关S4和S5被放置成与传输线路20串联，开关S4在电力分接点28和第一组43电流阀之间，而开关S5在第一电感器L1和电压注入点26之间。开关S6被设置在这样的支路中：该支路从开关S4和第一组43电流阀之间的连接点伸出到电压注入点26，而开关S7被设置在下述支路中：该支路从电力分接点28处伸出到开关S5和第一电感器L1之间的接触点。
当电流在图9中从左向右行进时，开关S4和S5是闭合的而开关S6和开关S7是断开的。如果电流沿着相反的方向行进，那么开关S4和开关S5是断开的而开关S6和开关S7是闭合的。
根据图9的第三实施例与根据图3的第一实施例更多的不同在于：电容器41与第二变压器40串联连接，从而滤除任何DC电压，使得第二变压器40经历(see)纯的AC电压。
根据DC电力潮流控制设备的第四实施例，如图10所示，第二变压器40可以略去。在这种情况下，将另外的换流器即DC-DC换流器64用来调整电压水平。在该示例中，第二电感器L2被放置在第二换流器34’外部，并且在电力分接点28和DC-DC换流器64之间被分流连接到第二换流器34’。第二换流器34’在所有其它方面都与图3中的第二换流器34相同。DC-DC换流器64包括IGBT 66，IGBT 66的集电极连接到第二电感器L2，发射极连接到地。二极管68反并联地连接到IGBT 66。电容器70连接于伸展在电力分接点28与地之间的并联支路中。另外的电容器72被连接在IGBT 66的发射极和第二电感器L2之间。最后，另外的二极管74被连接在第二电感器L2和第二换流器34’的接地端子之间，并且被朝向该接地端子定向。DC-DC换流器64将传输线路20的DC电压转换成适于由第二换流器34’输出的电压水平的低电平，因此第二换流器34’在其输出侧不需要第二变压器40。
DC电力潮流控制设备的另外的改变和实现是可能的。例如，可以使用其它类型的电流阀，诸如MOSFET晶体管、栅极可关断晶闸管(GTO，Gate Turn-Off Thyristor)以及汞弧阀。此外，设置在换流器中的部分和电流阀的数目可以改变，或者可以将换流器布置成多个子换流器的串联连接。此外，可以设置并联连接的旁路开关，只要不需要DC电力潮流控制设备该旁路开关就闭合。还应该认识到：可以使用各种保护措施，诸如谐波滤波器、断路器以及设备断开开关。除此之外，电流检测器和控制单元不必是DC电力潮流控制设备的整体部分，而是可以换作为被设置成一个或两个分离的设备。因此，在这种应用中，本发明是应用于VSC HVDC换流器的多端子方案中。然而，本发明同样可应用于具有传统LCC HVDC换流器的多端子方案中。

Claims (18)

1.一种对网状HVDC输电网络(10)中的电力潮流进行控制的方法，所述网状HVDC输电网络(10)包括通过至少三个传输线路(16，18，20)互连在第一闭合路径中的至少三个HVDC换流站(1，2，3)，其特征在于，串联连接到所述至少三个传输线路中的第一传输线路(20)的第一直流电力潮流控制设备(30)由所述第一传输线路(20)供电，并且对所述第一直流电力潮流控制设备(30)进行控制，使得所述第一闭合路径中的直流电流分布得到平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少三个传输线路(16，18，20)中的一个传输线路中的直流电流水平是否超过该传输线路的直流电流限制，如果超过，则启动所述第一直流电力潮流控制设备(30)，以将附加的直流电压注入到所述第一传输线路(20)中，使得所述第一传输线路(20)中的直流电流水平适当地增加或降低。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述第一传输线路(20)的直流电流水平超过其直流电流限制的情况下，对所述第一直流电力潮流控制设备(30)进行控制，以将附加的直流电压注入到所述第一传输线路(20)中，以降低所述第一传输线路(20)中的直流电流水平。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，仅在所述至少三个传输线路中形成与所述第一传输线路(20)所属的连接并联的连接的其它传输线路(16)中的直流电流水平在它们的直流电流限制以下的情况下，所述第一传输线路(20)中的直流电流水平才被降低。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，在属于与所述第一传输线路(20)所属的所述连接相并联的连接的一个其它传输线路(16)的直流电流水平超过其直流电流限制的情况下，对所述第一直流电力潮流控制设备(30)进行控制，以将附加的直流电压注入到所述第一传输线路(20)中，从而增加所述第一传输线路(20)中的直流电流水平。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，仅在所述第一传输线路(20)所属的所述连接的所述传输线路(18，20)中的直流电流水平在它们的直流电流限制以下的情况下，所述其它传输线路(16)的直流电流水平才被降低。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法应用到包括多于三个HVDC换流站并且包括第二闭合路径(8)的HVDC网络，其中，所述方法包括附加的步骤：
-给第二直流电力潮流控制设备(24)供应电力，所述第二直流电力潮流控制设备(24)串联连接到属于所述第二闭合路径(8)的第二传输线路(29)，其中所述电力是从所述第二传输线路(29)分接出的，以及
-对所述第二直流电力潮流控制设备(24)进行控制，使得所述第二闭合路径(8)中的直流电流分布得到平衡。
8.一种网状HVDC输电网络(10)，包括通过至少三个传输线路(16，18，20)互连在第一闭合路径中的至少三个HVDC换流站(1，2，3)，其特征在于，第一直流电力潮流控制设备(30)串联连接到所述至少三个传输线路中的第一传输线路(20)，并且所述第一直流电力潮流控制设备(30)从所述第一传输线路(20)获取所述第一直流电力潮流控制设备(30)自身的电力并且平衡所述第一闭合路径中的直流电流分布。
9.根据权利要求8所述的网络，包括中央控制单元(4)，所述中央控制单元(4)适于检测在所述至少三个传输线路(16，18，20)中的一个传输线路中的直流电流水平是否超过了其电流限制，如果超过，则所述中央控制单元(4)向所述第一直流电力潮流控制设备(30)发出电流控制信号，从而启动所述第一直流电力潮流控制设备(30)，以将附加的直流电压注入到所述第一传输线路(20)中，由此分别增加或降低所述第一传输线路(20)中的直流电流水平，使得所述传输线路中的超过所述传输线路自身的直流电流限制的直流电流水平被降低。
10.根据权利要求8或9所述的网络，其中，所述网络包括多于三个HVDC换流站以及第二闭合路径(8)，并且其中，第二直流电力潮流控制设备(24)串联连接到属于所述第二闭合路径(8)的第二传输线路(29)，其中，所述第二直流电力潮流控制设备(24)从第二传输线路(29)获取所述第二直流电力潮流控制设备(24)自身的电力并且平衡所述第二闭合路径(8)中的直流电流分布。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的网络，其中，所述HVDC换流站各自包括电压源换流器。
12.一种直流电力潮流控制设备(30)，所述直流电力潮流控制设备(30)被布置为连接到网状HVDC输电网络(10)的至少三个传输线路(16，18，20)中的第一传输线路(20)，所述网络包括通过所述至少三个传输线路(16，18，20)互连在第一闭合路径中的至少三个HVDC换流站(1，2，3)，其特征在于，所述直流电力潮流控制设备(30)被布置成串联连接到所述第一传输线路(20)、由所述第一传输线路(20)供应电力并且平衡所述第一闭合路径中的直流电流分布。
13.一种直流电力潮流控制设备(30)，所述直流电力潮流控制设备(30)在所述至少三个传输线路(16，18，20)中的一个传输线路中的直流电流水平超过其直流电流限制的情况下将附加的直流电压注入到所述第一传输线路(20)中，由此适当地增加或降低所述第一传输线路(20)中的直流电流水平。
14.根据权利要求13所述的直流电力潮流控制设备，其中，所述直流电力潮流控制设备(30)在所述第一传输线路(20)中的直流电流水平超过所述第一传输线路(20)自身的直流电流限制的情况下将附加的直流电压注入到所述第一传输线路(20)中，从而降低所述第一传输线路(20)中的直流电流水平。
15.根据权利要求13所述的直流电力潮流控制设备，其中，在属于与所述第一传输线路(20)所属的所述连接相并联的连接的一个其它传输线路(16)的直流电流水平超过其直流电流限制的情况下，所述第一直流电力潮流控制设备(30)将附加的直流电压注入到所述第一传输线路(20)中，从而增加所述第一传输线路中的直流电流水平。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的直流电力潮流控制设备，其中，所述设备包括与所述第一传输线路(20)串联连接的第一换流器(32)以及与所述第一传输线路(20)分流连接的第二换流器(34)。
17.根据权利要求16所述的直流电力潮流控制设备，其中，所述第二换流器(34)用作为逆变器以将来自所述第一传输线路(20)的直流电力转换成为交流电力以供给所述第一换流器(32)，并且其中，所述第一换流器(32)用作为整流器，以提供要被注入到所述一个传输线路(20)中的附加的正或负直流电压。
18.根据权利要求16或17所述的直流电力潮流控制设备，其中，所述第一换流器(32)被布置成使所述第一换流器(32)自身的换流器电流的方向反向。
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