CN103718413B - 串联型mtdc系统的主控制方法及其元件 - Google Patents

Abstract

用于串联型多端直流（MTDC）系统的主控制方法及元件。所述方法包括：选择一个端作为电流设定端（CST），并将其它端定义为电压设定端（VST）（302）；将串联型MTDC系统的电流参考配置为CST换流器的输入，并基于所述电流参考和每个VST换流器的不同裕度生成每个VST换流器的电流值（304）；使整流器侧的电流参考的最小值大于逆变器侧的电流参考的最大值（306）。用于串联型MTDC系统的方法及元件能够调节和优化有功功率和无功功率，减小功率损耗，控制无功功率的分布。

Description

串联型MTDC系统的主控制方法及其元件

技术领域

本发明涉及串联型多端HVDC系统（即，串联型MTDC系统），更具体地，涉及串联型MTDC系统的主控制方法及其元件。

背景技术

根据IEC（国际电工委员会）标准“International StandardTerminology for high-voltage direct current(HVDC)transmission（用于高压直流（HVDC）输电的国际标准术语）”（IEC60633，版本2.1，2009年7月），多端HVDC输电系统（MTDC）被定义为“由多于两个的分离的HVDC换流站和互连的HVDC输电线构成的HVDC输电系统”。作为两个基本连接结构，并联MTDC系统如图1所示，串联MTDC系统如图2所示。应该注意，这两种MTDC系统仅作为示例给出。本领域技术人员理解，基于这些典型结构的其它派生结构不应被排除在本发明之外。在以下的描述中，作为MTDC系统一部分的输电线是指架空线、电缆和/或可传输大量电流的其它媒介。此外，MTDC系统包括双极结构和单极结构。因此，在本发明中，“主控制”指在系统级（双极和/或极层）对MTDC系统进行协调控制的一般概念。

串联型MTDC系统是吸引人的，因为对于某些应用情况其换流站具有较低价格。但是，串联型MTDC系统对每个端和输电线具有相同的电流，因此串联型MTDC的功率损耗比并联型MTDC的功率损耗要大。迄今为止，如何控制串联型MTDC并协调全部端尚未实际开发。

在论文“The Control and Performance of a Series ConnectedMultiterminal HVDC Transmission System（串联型多端HVDC输电系统的控制和性能）”（R.L.Vaughan等，IEEE，Transactions on PowerApparatus and System,Vol.PAS-94,No.5,1975）中，讨论了换流端的电流裕度，从而提出了在串联型HVDC系统中执行中央控制的方案。但是，当端的数量进一步增加时，或者如果从典型的点对点HVDC升级为串联型MTDC系统，则都需要开发新的方法。在本发明中，介绍了可以对串联型MTDC系统操作提供更多灵活性的电流指令分组。

在“Basic Regulation Methods and Features of Multi-terminalHVDC Transmission System（多端HVDC输电系统的基本调节方法和特性）”一书中（第3章第8节，155-163页，1982年，浙江大学，高压DC输电工程和技术，交直流输配电研究团队），介绍了在多个VST之间共享的电流裕度。但是，没有讨论用于整流器或逆变器的电流裕度。

此外，对于串联型MTDC的功率控制，现有技术中的大多数方案都是提出调整触发角（α）或熄弧角（γ）并通过本地控制（中心或模块）对OLTC（有载调压变压器）进行协调控制，这将导致更大的触发角以及可能不可接受的OLTC范围。在例如启动、停止/旁路和无功功率平衡等阶段中，端之间不会实现优化协调。对于串联型MTDC系统和并联型MTDC系统二者，均应该识别出电流设定端（CST）和电压设定端（VSTs）。在串联型MTDC系统中，公知地，一个端应该被分类为CST，其它端应该被分类为VST。但是，没有为串联型MTDC系统选择CST的现有方案。

因此，包括上述方法在内的现有方案本质上不能用作控制串联型MTDC系统的方法。由于上述问题，本发明提出了用于串联型MTDC系统的主控制方法及其元件，其具有已调节的有功功率和无功功率、优化的功率损耗和其它专门功能。

发明内容

本发明提供了用于串联型MTDC系统的主控制方法及其元件。

根据本发明的一方面，该方法包括选择一个端作为电流设定端（CST），并将其它端定义为电压设定端（VST）；将串联型MTDC系统的电流参考配置为CST换流器的输入，基于所述电流参考和每个VST换流器的不同裕度分别生成所述每个VST换流器的电流值，并使整流器侧的电流参考的最小值大于逆变器侧的电流参考的最大值。

根据本发明的优选实施方式，被选为所述CST的端是具有最大额定功率的端、具有最强AC电网的端、具有最大短路比（SCR）的端、具有更大的额定功率以增大无功功率消耗的端、或具有更低额定功率以优化无功功率消耗的端，其中所述最强AC电网具有最大的短路容量。

根据本发明的优选实施方式，所述方法进一步包括：计算每个端的实际有功功率指令与额定功率容量的比率，选择最大的比率，并基于所述最大的比率和额定电流计算所述串联型MTDC系统的电流参考。

根据本发明的优选实施方式，所述端能够基于以下特征提前预设或动态配置不同的优先级：所述端的功率、所述端的负荷或发电、连接于所述端的AC系统、或由系统配置定义的其它特征。

根据本发明的优选实施方式，具有大功率、重要负荷或发电和/或弱AC系统的端将被预设更高的优先级。

根据本发明的优选实施方式，所述方法进一步包括：通过协调至少一个端的无功功率源来调节系统级的无功功率，其中所述无功功率源包括变压器、滤波器、换流器等中的至少之一。

根据本发明的优选实施方式，所述方法进一步包括：通过修改对应换流器的电流参考并接着进行其它切换动作，使至少一个换流器、至少一个端、一个极或者甚至整个MTDC系统依次进行退出或投入。

根据本发明的优选实施方式，为了平稳地退出工作在逆变器模式的一端，所述修改换流器的电流参考是将目标逆变器的电流参考增大为大于整流器的最小电流参考。

根据本发明的优选实施方式，为了平稳地退出工作在整流器模式的一端，所述退出/投入模块将目标整流器的参考电流减小为小于逆变器的最大电流参考。

根据本发明的优选实施方式，所述方法能够应用于所述串联型MTDC系统被解裂为多个子系统的情况，其中每个子系统均包括主控制元件，所述主控制元件分别用于选择作为CST的端并计算对应的子系统的电流参考。

根据本发明的优选实施方式，每个子系统形成单极或双极形式的、串联型MTDC系统或典型的点对点HVDC系统。

根据本发明的优选实施方式，所述方法能够应用于包括以下至少一种情况的不平衡情况：在换流器由多于一个12脉冲桥构成时缺失至少一个换流器桥、缺失至少一个换流器、缺失至少一个端、缺失至少一个输电线、以及缺失一个极。

根据本发明的另一方面，主控制元件包括：选择模块，配置为选择一个端作为电流设定端（CST），并将其它端定义为电压设定端（VST）；配置模块，配置为将串联型MTDC系统的电流参考配置为CST换流器的输入，基于所述电流参考和每个VST换流器的不同裕度分别生成所述每个VST换流器的电流值，并使整流器侧的电流参考的最小值大于逆变器侧的电流参考的最大值。

根据本发明的优选实施方式，被选为所述CST的端是具有最大额定功率的端、具有最强AC电网的端、具有最大短路比（SCR）的端、具有更大的额定功率以增大无功功率消耗的端、或具有更低额定功率以优化无功功率消耗的端，其中所述最强AC电网具有最大的短路容量。

根据本发明的优选实施方式，所述元件进一步包括：计算模块，配置为计算每个端的实际有功功率指令与额定功率容量的比率，选择最大的比率，并基于所述最大的比率和额定电流计算所述串联型MTDC系统的电流参考。

根据本发明的优选实施方式，所述端能够基于以下特征提前预设或动态配置不同的优先级：所述端的功率、所述端的负荷或发电、连接于所述端的AC系统、或由系统配置定义的其它特征。

根据本发明的优选实施方式，具有大功率、重要负荷或发电和/或弱AC系统的端将被预设更高的优先级。

根据本发明的优选实施方式，所述元件进一步包括：调节模块，配置为通过协调至少一个端的无功功率源来调节系统级的无功功率，其中所述无功功率源包括变压器、滤波器、换流器等中的至少之一。

根据本发明的优选实施方式，所述元件进一步包括：退出/投入模块，配置为通过修改对应换流器的电流参考并接着进行其它切换动作，使至少一个换流器、至少一个端、一个极或者甚至整个MTDC系统依次退出或投入。

根据本发明的优选实施方式，为了平稳地退出工作在逆变器模式的一端，所述退出/投入模块将目标逆变器的电流参考增大为大于整流器的最小电流参考。

根据本发明的优选实施方式，为了平稳地退出工作在整流器模式的一端，所述退出/投入模块将目标整流器的参考电流减小为小于逆变器的最大电流参考。

根据本发明的优选实施方式，所述元件能够应用于所述串联型MTDC系统被解裂为多个子系统的情况，其中每个子系统均包括主控制元件，所述主控制元件分别用于选择作为CST的端并计算对应的子系统的电流参考。

根据本发明的优选实施方式，每个子系统形成单极或双极形式的、串联型MTDC系统或典型的点对点HVDC系统。

根据本发明的优选实施方式，所述元件能够应用于包括以下至少一种情况的不平衡情况：在换流器由多于一个12脉冲桥构成时缺失至少一个换流器桥、缺失至少一个换流器、缺失至少一个端、缺失至少一个输电线、以及缺失一个极。

根据本发明的优选实施方式，当默认的通信网络崩溃时，所述元件能够通过其它通信方法良好地运转。

本发明的实施例提供了用于串联型MTDC系统的主控制方法及其主控制元件，该方法和元件能够满足串联型MTDC系统的基本标准，并调节串联型MTDC系统中的有功功率和无功功率。通过P/Q调节，串联型MTDC的进一步功能能够得以开发。

附图说明

下面将参照如下附图中示出的优选的示例性实施例对本发明的主题进行更详细的解释，其中：

图1示出了具有并联连接的HVDC换流站的多端双极HVDC输电系统；

图2示出了具有串联连接的HVDC换流站的多端双极HVDC输电系统；

图3示出了根据本发明一个实施例的用于串联型MTDC系统的主控制方法；

图4示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制方法；

图5示出了系统级的主调节器的功能块，用于计算每端的参考值以控制功率流；

图6示出了根据本发明一个实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件；

图7示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件的框图；

图8示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件的框图；

图9示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件的框图；以及

图10示出了具有根据本发明一个实施例的主控制元件的四端DC系统的框图。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的示例性实施例。为了清楚简明，并非实际实现中的全部特征都在说明书中进行描述。

图3示出了根据本发明一个实施例的用于串联型MTDC系统的主控制方法。

如图3所示，用于串联型MTDC系统的主控制方法300包括：

步骤302，选择一个端作为CST，并将其它端定义为VST。当串联型MTDC系统在工作时，一个端应该被设置为用来调节该串联型MTDC系统中的直流电流（DC）的电流设定端。其它端被定义为电压设定端。尤其是在额定电压下工作时，用于CST的换流器的触发角的值应该是基于具体系统配置的默认值，因为CST负责调节系统级的电流。应该维持CST的电流参考以避免对系统造成干扰。至于VST的换流器，触发角（或熄弧角）可以根据额定工作下串联型MTDC系统的要求为最小值。应该注意，如果需要的话，CST模式可以变换到任意其他端。VST的电压也可以在某个γ角（对于逆变器）或α角（对于整流器）下调节，或者可以由至少一个电压调节器控制。

根据本发明的一个实施例，被选择为CST的端是具有最大额定功率的端，这可增加串联型MTDC系统的操作（即，最大化的DC侧控制裕度）。为了实现对相连接的AC电网造成最小影响，CST可以是具有最强AC电网（其具有最大的短路容量）的端。CST可以是具有最大短路比（SCR）的端，并且每个端的SCR如下定义：其中，P_terminal，i是端i的额定功率，P_SCC,i是连接于AC电网的端i的短路容量。在串联型MTDC系统中，端可以共享相同的AC电网或者单独地连接于不同的AC电网。为了增加MTDC系统的无功功率消耗，应该将具有更高额定功率的端选择为CST。相反，如果希望减小的Q消耗，则应该选择具有更低额定功率容量的端。

步骤304，将串联型MTDC系统的电流参考配置为CST换流器的输入，并基于所述电流参考和每个VST换流器的不同裕度生成每个VST换流器的电流值。I_{d_ref，Sys}，串联型MTDC系统的电流参考，是CST换流器的输入；同时，如下生成不同的电流参考（I_{d_ref，i}）作为对系统电流参考具有不同裕度（ΔI_{d_ref，i}）的VST换流器的输入：

I_{d_ref，i}＝I_{d_ref，Sys}+ΔI_{d_ref，i}

步骤306，使整流器侧的电流参考的最小值大于逆变器侧的电流参考的最大值。在常规工作条件下，整流器侧的电流参考（I_{d_ref，i}）的最小值应该高于逆变器侧的电流参考（I_{d_ref，i}）的最大值，即：

Min(I_{d_ref，Rectifier})＞Max(I_{d_ref，Inverter})

图4示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制方法。

如图4所示，用于串联型MTDC系统的主控制方法包括：步骤402-410，其中步骤402-406与图3中的对应步骤302-306相同或相似。为了使描述简洁，相同或相似的步骤不再进行描述。

步骤408，计算每个端的实际有功功率指令与额定功率容量的比率，并选择最大的比率。

步骤410，基于所述最大比率和额定电流计算串联型MTDC系统的电流参考。

例如，图5示出了系统级的主调节器的功能块，用于计算每端的参考值以控制功率流。在此系统中，n个端串联连接。不同端的期望功率指令[P_R1*,P_R2*…P_Rx*;P_I1*,P_I2*…P_Iy*，其中x+y=n]是主控制器的输入。为了达到串联型MTDC系统的期望电流参考[I_Sys_ref]，首先，分别对每个端计算实际有功功率[P_R1*,P_R2*…P_Rx*;P_I1*,P_I2*…P_Iy*]与额定功率容量[P_R1_n,P_R2_n…P_Rx_n;P_I1_n,P_I2_n…P_Iy_n]的比率；然后，将这些比率进行比较并选择出最大的一个。这样，就可基于该最大比率与额定系统电流的乘积结果实现整个系统的串联型MTDC系统的期望电流参考[I_Sys_ref]。对本领域技术人员显而易见的是，如果期望电流[I_Sys_ref]参考未应用于该串联型MTDC系统，那么某些端可能无法传输足够的功率并且会遭受过电压或过电流，这将与正常工作标准相冲突。根据上述逻辑，将生成参考值[Id_sys_ref,P_R1_ref,P_R2_ref…P_Rx_ref,P_I2_ref,P_I2_ref…P_Iy_ref]。将期望电流参考[Id_sys_ref]发送至CST，并将其它功率参考[P_R1_ref,P_R2_ref…P_Rx_ref,P_I2_ref,P_I2_ref…P_Iy_ref]发送至VST。假定每个端中总是实施典型的换流器控制和保护。

根据本发明的另一实施例，串联型MTDC系统的端可以基于以下特征提前预设或动态配置不同的优先级：端的功率、端的负荷/发电、与端连接的AC系统、或系统配置定义的其它特征。例如，具有更大功率的端、具有重要负荷/发电的端、具有弱AC系统或由系统操作者定义的其它特征的端将预设更高的优先级。当这种串联型MTDC系统在轻负载下工作时，可以使长期具有低优先级的端退出。这种功能可以减小功率损耗以及该串联型MTDC系统和换流器中所需的无功功率。

主控制方法进一步包括通过协调至少一个端的无功功率源来调节系统级的无功功率，其中所述无功功率源包括变压器、滤波器、换流器等中的至少一种。当串联型MTDC系统不在额定工况时，每个端和整个系统的无功功率消耗都将偏离期望的/设计的工作点。通过主控制方法，能够实现一个端（或几个端，或整个系统）中的期望无功功率。同时，主控制还能实现对有功功率的调节。在某些情况下，本发明的主控制方法能够提高无功功率调节速度，并且同时延长具有机械部件的设备（例如有载分接头开关）的寿命。

主控制方法进一步包括通过修改VST换流器的电流参考并在必要情况下进行切换动作来使至少一个换流器、至少一个端、一个极、或者甚至整个MTDC系统依次退出或者投入。来自主控制元件的协调动作能够有效地防止退出/投入操作的失败。通过修改换流器的电流参考，能够使指定端平稳地退出/投入；例如，将目标逆变器的电流参考增大为大于整流器的最小电流参考。

本领域技术人员应该理解，上述主控制方法能够应用于串联式MTDC系统被解裂为多个子系统的情况，其中每个子系统形成双极或单极形式的、串联型MTDC系统或典型的点对点HVDC系统。根据本发明的上述实施例，每个子系统还包括主控制元件，该主控制元件用于选择作为CST的端并分别计算相应子系统的电流参考。因此，解裂了的MTDC系统中的每个子系统都具有一个CST及其计算出的电流参考。

根据本发明的上述实施例，主控制方法还能够应用于不平衡情况，包括以下情况中的至少一种：缺失至少一个换流器桥、缺失至少一个换流器、缺失至少一个端、缺失至少一个传输线、以及缺失一个极。应该注意，在不平衡情况下仅应该计算一个系统电流参考。

图6示出了根据本发明一个实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件。

如图6所示，用于串联型MTDC系统的主控制元件600包括：选择模块602和配置模块604，其中选择模块602被配置为选择一个端作为电流设定端（CST）并将其它端定义为电压设定端（VST），配置模块604将串联式MTDC系统的电流参考配置为CST换流器的输入，基于所述电流参考和每个VST换流器的不同裕度生成每个VST换流器的电流值，并使整流器侧的电流参考的最小值大于逆变器侧的电流参考的最大值。

根据对本发明的以上解释，选为所述CST的端是具有最大额定功率的端、具有最强AC电网（具有最大的短路容量）的端、具有最大SCR的端、具有更大额定功率以增大无功功率消耗的端、或者具有更小额定功率以优化无功功率（例如减小Q）的端。

图7示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件的框图。

如图7所示，用于串联型MTDC系统的主控制元件700包括：选择模块702、配置模块704和计算模块706，其中选择模块702和配置模块704与图6中的选择模块602和配置模块604相同或相似。为了使说明书保持简洁，相同或相似的步骤将不再重复描述。

计算模块706被配置为对每个端计算实际有功功率指令与额定功率容量的比率，选择最大的比率并基于所述最大比率和额定电流计算串联型MTDC系统的电流参考。

根据本发明的实施例，串联型MTDC系统的端可以基于以下特征提前预设或动态配置不同的优先级：端的功率、端的负载或发电特性、与端连接的AC系统、或系统配置定义的其它特征。例如，具有更大功率的端、具有重要负荷/发电的端和/或具有弱AC系统的端将预设更高的优先级。

图8示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件的框图。

如图8所示，用于串联型MTDC系统的主控制元件800包括：选择模块802、配置模块804、计算模块806和调节模块808，其中选择模块802、配置模块804和计算模块806与图7中的选择模块702、配置模块704和计算模块706相同或相似。为了使说明书保持简洁，相同或相似的步骤将不再重复描述。

调节模块808被配置为通过协调至少一个端的无功功率源来调节系统级的无功功率，其中所述无功功率源包括变压器、滤波器、换流器等中的至少一种。

图9示出了根据本发明另一实施例的用于串联型MTDC系统的主控制元件的框图。

如图9所示，用于串联型MTDC系统的主控制元件900包括：选择模块902、配置模块904、计算模块906、调节模块908和退出/投入模块910，其中选择模块902、配置模块904、计算模块906和调节模块908与图8中的选择模块802、配置模块804、计算模块806和调节模块808相同或相似。为了使说明书保持简洁，相同或相似的步骤将不再重复描述。

退出/投入模块910被配置为通过修改VST换流器的电流参考和保持触发角/熄弧角并进行其它切换动作来使至少一个换流器、至少一个端、一个极、或者甚至整个MTDC系统依次退出或者投入。根据本发明，为了平稳地使一端退出，退出/投入模块将目标逆变器的电流参考增大为大于整流器的最小电流参考。

根据本发明，主控制元件能够应用于串联型MTDC被解裂为多个子系统的情况，其中每个子系统包括主控制元件，该主控制元件用于选择作为CST的端并分别计算相应子系统的电流参考。此外，每个子系统单独形成双极或单极形式的、串联型MTDC系统或典型的点对点HVDC系统。

根据本发明的另一实施例，主控制元件还能够应用于不平衡情况，包括以下情况中的至少一种：缺失至少一个换流器桥、缺失至少一个换流器、缺失至少一个端、缺失至少一个传输线、以及缺失一个极。

应该注意，本发明的用于串联型MTDC系统的主控制方法能够在默认通信网络崩溃时良好运行。为了维护系统控制元件，控制室中的系统操作员能够观察基于以上方法计算出的参考，并将其通过其它通信装置（例如电话和移动电话）发送至端操作员。

根据本发明，用于操作串联型MTDC系统的全部基本要求都能够在主控制元件中实施。此外，串联型MTDC系统中的每个端都具有两种工作模式：CST和VST。基于这样的前提，当系统在额定工况时，直流换流端的工作点能够得以设置。对于本领域工作人员显而易见的是，可以根据实际应用的目的或者根据系统操作员来确定CST。以“串联型MTDC系统的减小的无功功率消耗”为例。假定具有三个整流器端和两个逆变器端的串联型MTDC系统。其额定工作点如下所示：

1）系统电流：4kA

2）整流器1：100kV/400MW

3）整流器2：200kV/800MW

4）整流器3：400kV/1600MW

5）逆变器1：400kV/1600MW

6）逆变器2：300kV/1200MW

7）CST的α：15°

8）整流器侧的VST的α：5°

9）逆变器侧的VST的γ：17°

三个整流器端的有功功率参考为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{R1\_\mathrm{ord}}=300\mathrm{MW}\\ P_{R2\_\mathrm{ord}}=700\mathrm{MW}\\ P_{R3\_\mathrm{ord}}=1500\mathrm{MW}\end{array}\right.$

在这种情况下，CST在整流器侧。因此，当CST从一个整流器端改变为另一个整流器端时，逆变器侧的无功功率消耗是恒定的，并且模拟整流器中的无功功率要求，其结果在下表1中列出。

表1不同CST情况下整流器侧的无功功率要求

对本领域技术人员显而易见，如果需要减小的无功功率要求，最好选择具有减小的容量的端作为CST。此外，通过引入电流参考裕度能够防止各端的无序工作模式，并且电流参考分组的概念增大了对退出/投入的端进行排序的灵活性和可靠性。

根据本发明，能够在系统级实现串联型MTDC系统的期望工作点。期望工作点由输电系统运营商（TSO）确定，例如最小功率损耗、需要传输的有功功率、期望的无功功率等。

图10示出了具有根据本发明一个实施例的主控制元件的四端DC系统的框图。

如图10所示，以800kV单极DC系统为例。在此系统中，额定电压均为400kV（0-400kV或400-800kV）、额定功率容量均为1.6GW的四个端串联安装。该系统的额定DC电流是4kA，输电线的总电阻是大约13Ω。如果图10所示的四个端的功率分别定义为1.5GW、1.3GW、1.5GW和1.3GW，计算出的工作点（包括整个系统的DC电流和每个端的DC电压）在下表2中列出。

表2本发明的功率损耗比较

与表2示出的可选方案相比，通过利用根据本发明的主控制方法能够使输电线的损耗节省0.9%。

表3不同分接头位置（Tap position）下无功功率消耗的近似值

根据以上说明，本发明还能通过协调端的动作来调节系统级的无功功率消耗。在以下部分，基于前述表1中列出的情况3进行进一步分析。在这种情况下，仅考虑整流器侧的OLTC。假定在额定工作时每个换流变压器有17个位置，并且所有换流变压器的中心分接头位置均为0。假定端的全部有功功率参考都是恒定的。这样，对不同分接头位置无功功率消耗的简洁值进行计算并在表3中列出。

现在假定无功功率消耗应该减小90MVar。这时，主控制将向对应的端同时发送以下命令：

1）将端R1的分接头位置改变为‘+1’

2）将端R2的分接头位置改变为‘-1’

3）将端R3的分接头位置改变为‘+1’

可选的控制可以是：

1）将端R2的分接头位置改变为‘+1’

2）等到分接头位置就绪

3）将端R2的分接头位置改变为‘+2’

通过本发明提出的主控制方法，能够尽可能地实现期望的无功功率调节。应该注意，本发明还能够减小串联型MTDC系统的变压器的费用。每个端的DC电压保持为尽可能高。用先前的例子简单地通过以下公式计算AC侧需要的电压：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{AC},R}=\frac{\mathrm{\π}}{3\sqrt{2}\cos \mathrm{\α}}\×({U^{\′}}_{d,R}+d_x\×I_d)\\ U_{\mathrm{AC},I}=\frac{\mathrm{\π}}{3\sqrt{2}\cos \mathrm{\γ}}\×({U^{\′}}_{d,I}+d_x\×I_d)\end{array}\right.$

应该注意，每个端都有两个串联连接的桥，这意味着假定d_x＝5.1375Ω，U_AC，n＝170kV，每个端的U_d和I_d如表2所示。表4列出了利用本发明和不利用本发明所需的分接头数量。可以看到，在相同的期望工作点，本发明的变压器的分接头设定范围能够减小，由此能够大大地减小投资成本。

表4AC电压比较

根据本发明的描述，例如端的退出/投入、子系统操作、不平衡操作、无通信的操作等其他具体操作都能够在本质上实现。这些功能性增强了串联型MTDC系统的可靠性和灵活性。

与现有技术相比，本发明提出的方案更具可行性，并且更易于在串联型MTDC系统上实施。参照对示例性实施例的描述，本领域技术人员理解本发明的以下优势：

1.根据本发明提供的用于串联型MTDC系统的主控制方法及其元件，串联型MTDC系统能够调节和优化有功功率和无功功率，减小功率损耗，控制无功功率的分布，并实现实施例中描述的其它具体功能。

2.与R.L.Vaughan提出的方法相比，本发明提供的用于串联型MTDC系统的主控制方法及其元件增强了串联型MTDC系统跟随频繁的功率变化的能力。通过提出的本发明，在任何时候都能实现整个系统的理想工作点，本发明甚至考虑到了某些端中的功率波动。

3.根据本发明提供的用于串联型MTDC系统的主控制方法及其元件，从系统级看，串联型MTDC系统的系统电流能够保持为尽可能低。因此，系统功率损耗（例如输电线中的损耗）能够减小。

4.根据本发明提供的用于串联型MTDC系统的主控制方法及其元件，其与背景技术部分提到的现有技术明显不同。R.L.Vaughan认为第一个达到其最大额定电压的端将决定系统电流能减小的极限。该方法是低速控制方法，在功率调节指令频繁改变时，其可能导致不期望的变动。浙江大学出版的书假定全部换流站都在额定电压下工作，最小电流用P_{d_ref}/U_d，n计算，然后最大的一个是系统DC电流参考。而在本发明中，减小的电流值是由某个端中最大的期望单位功率确定的。

尽管基于某些优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应该理解，这些实施例不应以任何方式对本发明的范围进行限制，这些实施例的任何变体和修改都在具有本领域普通知识和技能的人员理解范围内，并因此落入由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (23)

1.用于串联型MTDC系统的主控制方法，其中所述方法包括：

选择一个端作为电流设定端(CST)，并将其它端定义为电压设定端(VST)；

将串联型MTDC系统的电流参考配置为CST换流器的输入，基于所述电流参考和每个VST换流器的不同裕度分别生成所述每个VST换流器的电流值，并使整流器侧的电流参考的最小值大于逆变器侧的电流参考的最大值；以及

计算每个端的实际有功功率指令与额定功率容量的比率，选择最大的比率，并基于所述最大的比率和额定电流计算所述串联型MTDC系统的电流参考。

2.根据权利要求1所述的主控制方法，其中被选为所述CST的端是具有最大额定功率的端、具有最强AC电网的端、具有最大短路比(SCR)的端、具有更大的额定功率以增大无功功率消耗的端、或具有更低额定功率以优化无功功率消耗的端，其中所述最强AC电网具有最大的短路容量。

3.根据权利要求1所述的主控制方法，其中所述端能够基于以下特征提前预设或动态配置不同的优先级：所述端的功率、所述端的负荷或发电、连接于所述端的AC系统、或由系统配置所定义的其它特征。

4.根据权利要求3所述的主控制方法，其中具有大功率、重要负荷或发电和/或弱AC系统的端将被预设更高的优先级。

5.根据权利要求1所述的主控制方法，其中所述方法进一步包括：通过协调至少一个端的无功功率源来调节系统级的无功功率，其中所述无功功率源包括变压器、滤波器、换流器中的至少之一。

6.根据权利要求1所述的主控制方法，其中所述方法进一步包括：通过修改对应换流器的电流参考并接着进行其它切换动作，使至少一个换流器、至少一个端、一个极或者甚至整个MTDC系统依次退出或投入。

7.根据权利要求6所述的主控制方法，其中，为了平稳地退出所述至少一个端，所述修改换流器的电流参考是将目标逆变器的电流参考增大为大于整流器的最小电流参考。

8.根据权利要求6所述的主控制方法，其中，为了平稳地退出工作在整流器模式的一端，所述方法进一步包括将目标整流器的参考电流减小为小于逆变器的最大电流参考。

9.根据权利要求1所述的主控制方法，其中所述方法能够应用于所述串联型MTDC系统被解裂为多个子系统的情况，其中每个子系统均包括主控制元件，所述主控制元件分别用于选择作为CST的端并计算对应的子系统的电流参考。

10.根据权利要求9所述的主控制方法，其中每个子系统形成单极或双极形式的、串联型MTDC系统或典型的点对点HVDC系统。

11.根据前述权利要求1-10之一所述的主控制方法，其中所述方法能够应用于包括以下至少一种情况的不平衡情况：在换流器由多于一个12脉冲桥构成时缺失至少一个换流器桥、缺失至少一个换流器、缺失至少一个端、缺失至少一个输电线、以及缺失一个极。

12.用于串联型MTDC系统的主控制元件，其中所述元件包括：

选择模块，配置为选择一个端作为电流设定端(CST)，并将其它端定义为电压设定端(VST)；

配置模块，配置为将串联型MTDC系统的电流参考配置为CST换流器的输入，基于所述电流参考和每个VST换流器的不同裕度分别生成所述每个VST换流器的电流值，并使整流器侧的电流参考的最小值大于逆变器侧的电流参考的最大值；和

计算模块，配置为计算每个端的实际有功功率指令与额定功率容量的比率，选择最大的比率，并基于所述最大的比率和额定电流计算所述串联型MTDC系统的电流参考。

13.根据权利要求12所述的主控制元件，其中被选为所述CST的端是具有最大额定功率的端、具有最强AC电网的端、具有最大短路比(SCR)的端、具有更大的额定功率以增大无功功率消耗的端、或具有更低额定功率以优化无功功率消耗的端，其中所述最强AC电网具有最大的短路容量。

14.根据权利要求12所述的主控制元件，其中所述端可以基于某些特征提前预设或动态配置不同的优先级，所属某些特征包括所述端的功率、所述端的负荷或发电、连接于所述端的AC系统、或由系统配置所定义的其它特征。

15.根据权利要求14所述的主控制元件，其中具有大功率、重要负荷或发电和/或弱AC系统的端将被预设更高的优先级。

16.根据权利要求12所述的主控制元件，其中所述元件进一步包括：

调节模块，配置为通过协调至少一个端的无功功率源来调节系统级的无功功率，其中所述无功功率源包括变压器、滤波器、换流器中的至少之一。

17.根据权利要求12所述的主控制元件，其中所述元件进一步包括：

退出/投入模块，配置为通过修改对应换流器的电流参考并接着进行其它切换动作，使至少一个换流器、至少一个端、一个极或者甚至整个MTDC系统依次退出或投入。

18.根据权利要求17所述的主控制元件，其中为了平稳地退出工作在逆变器模式的一端，所述退出/投入模块将目标逆变器的电流参考增大为大于整流器的最小电流参考。

19.根据权利要求17所述的主控制元件，其中为了平稳地退出工作在整流器模式的一端，所述退出/投入模块将目标整流器的参考电流减小为小于逆变器的最大电流参考。

20.根据权利要求12所述的主控制元件，其中所述元件能够应用于所述串联型MTDC系统被解裂为多个子系统的情况，其中每个子系统均包括主控制元件，所述主控制元件分别用于选择作为CST的端并计算对应的子系统的电流参考。

21.根据权利要求20所述的主控制元件，其中每个子系统形成单极或双极形式的、串联型MTDC系统或典型的点对点HVDC系统。

22.根据权利要求12所述的主控制元件，其中所述元件能够应用于包括以下至少一种情况的不平衡情况：在换流器由多于一个12脉冲桥构成时缺失至少一个换流器桥、缺失至少一个换流器、缺失至少一个端、缺失至少一个输电线、以及缺失一个极。

23.根据权利要求12-22中的任一项权利要求所述的主控制元件，其中当默认的通信网络崩溃时，所述元件能够通过其它通信方法良好地运转。