CN103532162A - 基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构及启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合直流输电系统启动方式的拓扑结构及启动方法，尤其是涉及一种基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构及启动方法。本发明针对一个双端大电网混合直流系统，其整流侧采用VSC换流器，逆变侧采用LCC换流器，在整流侧交流系统串接一个限流电阻且与其并联一个开关。通过对于VSC换流器控制量的切换完成启动过程。因此，本发明具有如下优点：1.应用于实际两端大电网混合直流输电系统启动过程中时，可以有效解决启动直流电压缺乏的问题2.该启动方法可以有效减小启动过程中系统电压电流的冲击，保护电力设备安全。

Description

基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构及启动方法
 
技术领域
本发明涉及一种混合直流输电系统启动方式的拓扑结构即启动方法，尤其是涉及一种基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构及启动方法。
背景技术
近年来，随着高压直流输电技术的不断发展，基于技术和经济因素的考虑，LCC换流器与VSC换流器构成的混合直流输电系统具有较好的应用前景。目前而言，混合直流输电系统在风电并网、弱电网及无源网络供电、向大城市等负荷中心输电等领域具有突出的性价比优势，相信随着国家风电的不断发展及城市用电量的不断增加，混合直流输电系统将具有十分广阔的应用前景。由于混合直流输电系统的特殊性－包括潮流的单向流动和两端换流站启动条件不一致的问题，在连接交流系统时，目前大多数混合直流系统均优先选择VSC侧为定直流电压控制，这样对混合直流输电系统整体控制策略和应用领域均形成了极大的限制，而在LCC作为逆变站实现直流电压控制（或者定熄弧角控制）时，其困难在于VSC和LCC的启动条件相互矛盾，为了解决这一瓶颈，必须解决在该应用场景下混合直流输电系统的启动问题，而这方面的研究，在国内公开文献和报告中均未见报道。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构，其特征在于，整流侧为电网电源通过一个第一换流变压器接VSC换流器，第一换流变压器一次侧设置一个第一交流断路器及含并联开关限流电阻，在VSC换流器的交流侧并联一组对应于VSC换流器开关频率下的特征谐波滤波器，同时在交流线路上串联换流电抗器。
逆变侧为两并联的六脉动LCC换流器且中间点接地后分别经第二换流变压器和第三换流变压器接入到电网，第二换流变压器二次侧和第三换流变压器一次侧同时与第二交流断路器连接；
所述VSC换流器经过直流线路与LCC换流器连接。
在上述的一种基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构，所述直流线路包括并联在整流侧端VSC换流器出口的两个稳压电容；两个LCC换流器直流侧出口端分别串联一个平波电抗后与在VSC换流器的整流侧连接，直流线路两极还分别并联一组特征次谐波滤波器。
一种基于控制切换的混合直流输电系统的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，首先闭合整流侧交流断路器，此时保持限流电阻并联开关处于断开状态，系统将通过VSC换流器反并联二极管作不控整流对直流电容充电；
步骤2，当直流电压达到0.52pu时，启动VSC换流器控制环节，其中有功控制量为定直流电压、无功控制量为无功功率，直流电压指令值为1.0pu。此时直流电压继续上升，当直流电压达到0.95pu时，闭合交流侧限流电阻开关，同时将VSC换流器有功量控制由定直流电压控制切换为定有功功率控制，有功指令值为0.2pu；
步骤3，当直流电压继续上升达到1.05pu时，闭合逆变侧交流断路器且启动LCC换流器及其控制环节，功率逐渐由整流侧交流系统开始传输到逆变侧交流系统，此时逐渐增加VSC换流器有功功率指令值到1.0pu，传输功率亦将逐渐升高达到额定功率，启动过程结束。
因此，本发明具有如下优点：1. 应用于实际两端大电网混合直流输电系统启动过程中时，对于VSC换流器启动需要直流电压、LCC换流器启动需要功率馈入，但启动之前二者都不能相互给予各自所需的条件这一矛盾，可以提供一个很好的解决方法2.该种启动方法可以有效减小启动过程中系统电压电流的冲击，从而保护电力设备、延长其使用寿命。
附图说明
图1为本发明的总体拓扑示意图。
图2为本发明中涉及的整流器的控制框图。
图3为本发明中涉及的逆变器的控制框图。
图4为本发明中涉及的启动过程流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
如图1为整个混合直流输电启动系统拓扑图，其中1为两端交流系统，2.1为第一交流断路器，2.2为第二交流断路器，3.1为第一换流变压器，3.2为第二换流变压器，3.3为第三换流变压器，4为交流滤波器，4.5为换流电抗器，5为VSC换流器，6为LCC换流器，7为稳压电容，8为含并联开关限流电阻，9为直流滤波器，10为平波电抗。
图2、3分别为整流侧VSC换流器与逆变侧LCC换流器的基本控制框图。其中VSC换流器采用d-q解耦的直接电流控制方式，有功量控制环节设置两个选择分别为定直流电压控制与定有功功率控制，通过对于二者的切换辅助完成启动过程，LCC换流器则采用PI环控制定直流电压。
    图4给出了两端大电网混合直流输电系统启动过程的基本流程，其具体实施方式为首先闭合整流侧交流断路器，此时保持限流电阻并联开关处于断开状态，系统将通过VSC换流器反并联二极管作不控整流对直流电容充电。当直流电压达到0.52pu时，启动VSC换流器控制环节，其中有功控制量为定直流电压、无功控制量为无功功率，直流电压指令值为1.0pu。此时直流电压继续上升，当直流电压达到0.95pu时，闭合交流侧限流电阻开关，同时将VSC换流器有功量控制由定直流电压控制切换为定有功功率控制，有功指令值为0.2pu。当直流电压继续上升达到1.05pu时，闭合逆变侧交流断路器且启动LCC换流器及其控制环节，功率逐渐由整流侧交流系统开始传输到逆变侧交流系统，此时逐渐增加VSC换流器有功功率指令值到1.0pu，传输功率亦将逐渐升高达到额定功率，整个启动过程基本完成。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构，其特征在于，整流侧为电网电源通过一个第一换流变压器接VSC换流器，第一换流变压器一次侧设置一个第一交流断路器，在VSC换流器的交流侧并联一组对应于VSC换流器开关频率下的特征谐波滤波器，同时在交流线路上串联换流电抗器；所述第一交流断路器和电网电源之间还设有一个含并联开关限流电阻；
逆变侧为两并联的六脉动LCC换流器且中间点接地后分别经第二换流变压器和第三换流变压器接入到电网，第二换流变压器二次侧和第三换流变压器一次侧同时与第二交流断路器连接；
所述VSC换流器经过直流线路与LCC换流器连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于控制切换的混合直流输电系统的拓扑结构，其特征在于，所述直流线路包括并联在整流侧端VSC换流器出口的两个稳压电容；两个LCC换流器直流侧出口端分别串联一个平波电抗后再与VSC换流器的整流侧连接，直流线路两极还分别并联一组特征次谐波滤波器。
3.一种基于控制切换的混合直流输电系统的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，首先闭合整流侧交流断路器，此时保持限流电阻并联开关处于断开状态，系统将通过VSC换流器反并联二极管作不控整流对直流电容充电；
步骤2，当直流电压达到0.52pu时，启动VSC换流器控制环节，其中有功控制量为定直流电压、无功控制量为无功功率，直流电压指令值为1.0pu，此时直流电压继续上升，当直流电压达到0.95pu时，闭合交流侧限流电阻开关，同时将VSC换流器有功量控制由定直流电压控制切换为定有功功率控制，有功指令值为0.2pu；
步骤3，当直流电压继续上升达到1.05pu时，闭合逆变侧交流断路器且启动LCC换流器及其控制环节，功率逐渐由整流侧交流系统开始传输到逆变侧交流系统，此时逐渐增加VSC换流器有功功率指令值到1.0pu，传输功率亦将逐渐升高达到额定功率，启动过程结束。
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