CN103814496B - 用于串联型mtdc系统的vdcol的暂态控制方法及其vdcol合成器 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于串联型MTDC系统的VDCOL的暂态控制方法及其VDCOL合成器。该方法包括通过分别的低压限流单元子模块计算每个换流站的电流指令限制值，比较每个换流站所有的电流指令限制值并选择最小的电流指令限制值作为共同的电流指令，选择一个整流换流站作为电流设定端并使能其低压限流单元，获取直流电流指令以及每个换流站两端测量出的直流电压，向电压设定端的电流控制器和所述电流设定端的电流控制器发送所述共同的电流指令，设定每个电压设定终端的电流裕度，其中整流换流站具有正电流裕度并且逆变换流站具有负电流裕度。在故障期间保护串联型MTDC系统，并且提高了交流系统稳定性。

Description

用于串联型MTDC系统的VDCOL的暂态控制方法及其VDCOL合成器

技术领域

本发明涉及串联型MTDC(多端HVDC)系统技术领域，更特别地，涉及用于串联型MTDC系统的VDCOL(低压限流器)控制方法及其VDCOL合成器。

背景技术

VDCOL通常被用于HVDC系统，以在直流电压显著下降时减小直流电流。由于下列原因使用VDCOL：

1，在交流网络中出现干扰期间和之后避免功率失稳；

2，交流和直流故障被清除之后定义一个快速且受控的重启动；

3，在连续换向失败时避免晶闸管上的电流应力；以及

4，在交流电压恢复时降低连续换向失败的概率。

在HVDC系统中，对直流电压进行测量以产生与预定义的V/I特性曲线对应的电流限制指令。

图1示出用于双端HVDC系统的典型的VDCOL特性。对于双端HVDC系统，由于VDCOL功能中的直流电压被定义在架空线到地面之间(该直流电压沿着传输线几乎相等)，所以如果在故障期间直流电压下降得足够大，则整流换流站侧和逆变换流站侧均能触发VDCOL功能。

在VDCOL逻辑中，电流指令不直接应用于换流站的各自的电流控制器。对于每个换流站，VDCOL根据直流电压水平以及最大/最小电流参考限制确定最终的电流参考I_ref。

图2示出现有技术中典型的VDCOL子模块的简化框图。

在双端HVDC传输中，所有换流站配备有闭环电流控制器。通常，整流换流站控制极直流电流，逆变换流站控制极直流电压。这通过以下方式完成：在逆变换流站中的电流指令I_{ord_lim}上增加负电流裕度I_margin。

在串联型MTDC系统中，需要定义多个电流裕度。例如，如果串联型MTDC系统中其中一个整流换流站作为电流设定终端(CST)工作，那么将为电压设定终端(VST)定义不同的电流裕度，并且这些不同的电流裕度将被严格执行。

然而，现有的VDCOL功能(最初为双端HVDC系统所设计的)无法直接应用于串联型MTDC系统。对于串联型MTDC，VDCOL功能中的直流电压被定义为换流站的端电压，在VST处的直流电压跌落没有被CST直接测量到并且反之亦然，如果没有额外的电流指令的协调，电流裕度规则将被破坏，，这将导致串联型MTDC系统的工作点异常。

相比之下，在双端HVDC或甚至是并联型MTDC系统中不会发生这种情况。例如，在双端HVDC系统中，整流换流站的电流参考总是高于逆变换流站的电流参考，因为整流换流站的直流电压和逆变换流站的直流电压在稳态或暂态期间几乎相同，这使系统最终返回到正常工作点。

下文给出一个示例，用来显示直流电压跌落期间电流裕度的混乱以及随后的串联型MTDC系统的异常的系统工作点。

图3示出单极四端串联型MTDC系统，该系统包括两个整流换流站(R1和R2)以及两个逆变换流站(I1和I2)。R1、R2、I1和I2通过直流线路串联连接，并且R1和I2接地，作为低电压换流站。

在正常操作期间，R1作为CST控制直流电流，而R2、I1和I2作为VST控制各自的直流电压。R1、R2、I1和I2的电流指令分别是I_{R1_ord}、I_{R2_ord}、I_{I1_ord}以及I_{I2_ord}，并等于来自主控制器的电流指令I_ord：

I_{I1_ord}＝I_{I2_ord}＝I_{R1_ord}＝I_{R2_ord}＝I_ord (1)

由于在正常直流电压期间VDCOL不会被触发，所以用于每个换流站的电流控制器的直流电流参考值具有如下关系(由于有各自的电流裕度更新)：

I_{I1_ref}＜I_{I2_ref}＜I_{R1_ref}＜I_{R2_ref} (2)

然而，在直流电压跌落期间，(2)中的关系无法再满足并且会导致系统建立起异常工作点。

图4示出R1的直流电压跌落之后的异常工作点。

当R1和R2之间的直流线路电压跌落发生时(例如由R1的交流电压跌落所引起的)，由R1的VDCOL所确定的I_{R1_ref}会减小；并且由R1所控制的系统的直流电流I_dc也会减小。当I_dc小于I_{I1_fef}或/和I_{I2_ref}时，I1或/和I2中的电流控制器开始退饱和(de-saturation)并开始电流控制。最终，I1和I2的直流电压均下降，直到I_{I1_ref}等于I_{R1_ref}并且I_{I2_ref}等于I_{R1_ref}。当R1、I1和I2在电流控制一起运行并且R1在非常低的电压异常运行时，建立起新的稳定工作点，最终整个极由于直流低电压保护功能停止运行。

因此，本发明提出用于串联型MTDC系统的VDCOL控制方法及其VDCOL合成器。

发明内容

为了解决上文提到的问题，本发明提出用于串联型MTDC系统的VDCOL控制方法及其VDCOL合成器，其在串联型MTDC的稳态或暂态期间为每个换流站的电流参考设定电流裕度；同时电流裕度的序列仍然不变。

根据本发明的一个方面，提供用于串联型MTDC系统的VDCOL控制方法。该方法包括：通过分别的VDCOL子模块计算每个换流站的电流指令限制值(I_{ord_lim})；比较每个换流站所有的电流指令限制值并选择最小的电流指令限制值作为共同的电流指令(I_{ord_comn})，选择整流换流站作为电流设定终端(CST)并使能其VDCOL；获取直流电流指令以及换流站两端测量的直流电压；向电压设定终端(VST)的电流控制器和CST的电流控制器发送共同的电流指令(I_{ord_comn})；设定每个VST的电流裕度，其中，整流换流站具有正电流裕度并且逆变换流站具有负电流裕度。

根据本发明优选的实施例，VDCOL的V/I特性可以被修改，包括增大或减小时间常数、改变电压限制设定或电流限制设定，以改进在串联型MTDC系统运行期间存在发生交流电压跌落时的交流系统恢复性能。

根据本发明另一个优选的实施例，串联型MTDC系统的电流指令同步总是由VDCOL实现。

根据本发明另一个优选的实施例，所有换流站接收来自CST的分别的电流指令，该实施例中更新电流裕度并通过各个换流站的VDCOL计算电流参考。

根据本发明的其它方面，其提供了用于实现用于串联型MTDC系统的VDCOL控制方法的VDCOL合成器。VDCOL合成器包括计算模块和比较模块，计算模块被配置成在所述CST侧利用相应的直流换流站两端的输入直流电压计算每个换流站的电流指令限制值(Iord_Iim)，比较模块被配置成比较每个各个换流站的电流指令限制值并选择最小的电流指令限制值作为共同的电流参考(I_{ord_comn})；VDCOL合成器进一步包括选择模块、接收模块和发送模块，选择模块被配置成选择整流换流站作为电流设定终端(CST)并使能其VDCOL，接收模块被配置成获取直流电流指令和在各个直流换流站的两端所测量的直流电压，发送模块被配置成向电压设定终端(VST)的电流控制器和CST的电流控制器发送共同的电流指令(I_{ord_comn})，VDCOL合成器在每个VST中进一步包括裕度设定模块，其中整流换流站具有正电流裕度，逆变换流站具有负电流裕度。

根据本发明另一个优选的实施例，计算模块进一步包括多个VDCOL子模块，VDCOL子模块的V/I特性能够被修改，包括增大或减小时间常数、或改变电压及电流限制设定，以改进在串联型MTDC系统运行期间发生电压跌落时的交流系统恢复性能。

根据本发明另一个优选的实施例，VDCOL合成器进一步包括同步模块，该同步模块被配置成实现串联型MTDC系统的电流指令同步。

根据本发明另一个优选的实施例，VST的电流裕度是不同的。

根据本发明另一个优选的实施例，每个VST包括接收模块以接收共同的电流指令。

根据本发明另一个优选的实施例，每个VST的电流参考值等于共同的电流指令与其电流裕度的和。

根据本发明另一个优选的实施例，如果每个换流站具有换流站两端的标称直流电压相似，则每个换流站的测量的直流电压能够被用作VDCOL中比较模块的输入，以计算用于每个换流站的共同的电流指令。

根据本发明另一个优选的实施例，由VST接收的每个共同的电流指令通过电信方式被回送至CST，以计算从CST到不同VST的共同的电流指令的发送时间序列。

提出的用于串联型MTDC系统的VDCOL控制方法及其VDCOL合成器引入开发的VDCOL功能，以在交流故障期间保护串联型MTDC系统，并且提高了交流系统稳定性。

附图说明

在下文的描述中，将参考附图中示出的优选示例性实施例对本发明的主题进行更加详细的说明，其中：

图1示出用于现有技术的双端HVDC系统的典型的VDCOL特性；

图2示出现有技术中典型的VDCOL子模块的简化框图；

图3示出单极四端串联型MTDC系统；

图4示出在R1的直流电压跌落之后的异常工作点；

图5示出根据本发明实施例的串联型MTDC系统的VDCOL控制方法的流程图；

图6示出根据本发明实施例的用不同的电流裕度计算电流参考的模块；

图7示出以所有换流站的直流电压作为输入所计算出的电流指令，以及根据本发明实施例的电流指令；

图8示出根据本发明另一个实施例，用所有具有相同/相似额定端电压的换流站的直流电压作为输入来计算电流指令，；以及

图9示出根据本发明实施例的VDCOL合成器中的电流指令同步模块。

具体实施方式

下文将结合附图对本发明的示例性实施例进行描述。出于清楚和简洁的目的，说明书中不对实际实施方式的所有特征进行描述。

图5示出用于根据本发明实施例的串联型MTDC系统的VDCOL控制方法的流程图。

如图5所示，用于串联型MTDC系统的低压限流单元(VDCOL)方法500包括以下步骤：

步骤502，选择一个换流站作为电流设定端并使能其VDCOL。每个换流站都具有VDCOL功能，但仅有CST使能VDCOL功能而VST将接收来自CST的电流参考。被使能的VDCOL接收来自主控制器的电流指令并获取每个换流站两端所测量的直流电压值，作为用于各个VDCOL子模块的输入。

步骤504，通过VDCOL或各个VDCOL子模块计算每个换流站的电流指令限制值(I_{ord_im})。

步骤506，比较所有的单个换流站电流指令限制值并选择最小的电流指令限制值作为共同的电流指令(I_{ord_comn})。

步骤508，向VST的电流控制器和所述CST的电流控制器发送共同的电流指令I_{ord_comn}。

根据本发明优选的实施例，在串联型MTDC运行期间，VDCOL的V/I特性可以被修改；例如，当电压跌落时增大或减小时间常数以获得交流系统的优化的性能。此外，电流指令同步总是由CST实现。

图6示出根据本发明实施例的用不同的电流裕度计算电流参考的模块。

如图6所示，每个VST具有电流裕度设定模块，详细地，整流换流站具有正电流裕度，逆变换流站具有负电流裕度。所有的VST都具有电流调节器，电流调节器接收来自CST的电流指令并考虑电流裕度以分别计算电流参考。下列关系式给出每个换流站的电流参考约束：

I_{ref_Rn}＞…I_{ref_R2}＞I_{ref_R1}＞I_{ref_I1}＞I_{ref_I2}＞…＞I_{ref_In} (3)

具有最低电流参考I_{ref_R1}的整流换流站的电流参考值被CST采用作为电流参考。应当注意的是，用于计算具有不同电流裕度的电流参考的模块可以(包括但不限于)在每个VST的电流控制器中实现；例如，这种模块还可以在发送模块中实现。

图7示出根据一个本发明实施例，用所有换流站的直流电压作输入以及来主控制器的电流指令输入计算的共同的电流指令。

如图7所示，提供了用于实现串联型MTDC系统的VDCOL控制方法的VDCOL合成器，VDCOL合成器包括计算模块1和比较模块2，计算模块1被配置成在所述CST侧，根据输入的直流电压计算每个换流站的电流指令，比较模块2被配置成比较所有的换流站电流指令以及主控制器的电流指令并选择最小的电流指令作为电流参考。

详细地，用于实现串联型MTDC系统的VDCOL控制方法的VDCOL合成器进一步包括选择模块、接收模块以及发送模块，选择模块被配置成选择一个整流换流站作为电流设定终端并使能其VDCOL，接收模块被配置成获取直流电流参考和相应换流站的端电压，发送模块被配置成向各个VST发送所述电流参考。其中，整流换流站类型的VST具有正电流裕度，而逆变换流站类型的VST具有负电流裕度。

所述VDCOL子模块11的V/I特性可以被修改，包括增大或减小时间常数，或改变电压及电流限制设定，以改进在串联型MTDC系统运行期间发生交流电压跌落时的交流系统恢复性能。

VDCOL合成器进一步包括CST中的同步模块、每个VST中的裕度设定模块以及每个VST中的电流调节器，同步模块被配置成实现串联型MTDC系统的电流指令同步，在裕度设定模块中，整流换流站具有正电流裕度并且逆变换流站具有负电流裕度，电流调节器接收来自CST的电流指令并用相应的电流裕度进行更新以分别计算电流参考。

图8示出根据本发明的另一个实施例，以所有的具有相同/相似额定端电压的换流站的直流电压作为输入来计算电流指令。

如图8所示，所有VST中包括电流调节器，VDCOL合成器接收电流设定值。如果每个换流站具有相同/相似的标称直流电压，则每个换流站两端测量的直流电压可以被用作VDCOL中比较模块的输入，以计算用于每个换流站的电流参考。

图9示出根据本发明实施例的VDCOL合成器中的电流指令同步模块。

如图9所示，电流指令同步模块始终保持电流裕度以避免直流功率控制崩溃。同步模块通过通讯回路处理协调。同步单元的功能执行如下：为了增大I_{ord_comn}，先在整流换流站中增大I_{ord_comn}随后在逆变换流站中增大I_{ord_comn}；为了减小I_{ord_comn}，先在逆变换流站中减小I_{ord_comn}随后在整流换流站中减小I_{ord_comn}。由VST接收的每个电流参考通过通讯方式被回送至CST，以计算用于从CST发送共同的电流指令的适当的时间序列。

根据本发明，其可以使用通讯方式用于快速的电流指令同步。对于本领域技术人员来说，很显然，在CST中计算的所有电流参考可以大大提高整个系统的可行性和交流系统稳定性。本发明提供的所提出的解决方案可以很容易地实现低压限流单元(VDCOL)功能，以在故障期间保护串联型MTDC系统。

基于对本发明的讲授，本领域技术人员可以理解的是，用于串联型MTDC系统的VDCOL方法被实现为提高交流系统稳定性，并在故障期间保护串联型MTDC系统。凭借提出的解决方案，移相重启功能可以在串联型MTDC系统中被正常操作。

尽管已经根据一些优选的实施例对本发明进行了描述，但是，本领域技术人员应当理解这些实施例绝对不应限制本发明的范围。在不背离本发明精神和理念的情况下，对实施例做出的任何改变和修改都应在具有普通知识和技术的人员的理解范围内，从而落入由所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (12)

1.用于串联型MTDC系统的低压限流单元的暂态控制方法，所述低压限流单元包括若干低压限流单元子模块，其中，所述方法包括：

通过分别的低压限流单元子模块计算每个换流站的电流指令限制值(I_{ord_lim})；

比较每个换流站所有的电流指令限制值并选择最小的电流指令限制值作为共同的电流指令(I_{ord_comn})；

选择一个整流换流站作为电流设定端并使能其低压限流单元；

获取直流电流指令以及每个换流站两端测量出的直流电压；以及

向电压设定端的电流控制器和所述电流设定端的电流控制器发送所述共同的电流指令(I_{ord_comn})；

其中，所述方法进一步包括设定每个电压设定终端的电流裕度，其中，整流换流站具有正电流裕度并且逆变换流站具有负电流裕度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述低压限流单元的V/I特性可以被修改，包括增大或减小时间常数、改变电压限制设定或电流限制设定，以改进在串联型MTDC系统运行期间发生交流电压跌落时的交流系统恢复性能。

3.根据权利要求1所述方法，其中，所述串联型MTDC系统的电流指令同步总是由所述低压限流单元实现。

4.根据权利要求1所述方法，其中，所有换流站接收来自电流设定端的相对应的电流指令，所述方法包括使用电流裕度进行更新并通过相对应的换流站的低压限流单元计算电流参考。

5.用于实现用于串联型MTDC系统的低压限流单元的暂态控制方法的低压限流单元合成器，其中，所述低压限流单元合成器包括：

计算模块(1)，被配置成利用在电流设定端侧，以相对应的直流换流站两端的直流电压为输入计算每个换流站的电流指令限制值(I_{ord_lim})；以及

比较模块(2)，被配置成比较每个换流站所有的电流指令限制值并选择最小的电流指令限制值作为共同的电流参考(I_{ord_comn})；

其中，所述低压限流单元合成器进一步包括：

选择模块，被配置成选择一个整流换流站作为电流设定终端并激活其低压限流单元；

接收模块，被配置成获取直流电流指令和在相应直流换流站的两端所测量的直流电压；以及

发送模块，被配置成向电压设定终端的电流控制器和所述电流设定端的电流控制器发送共同的电流指令(I_{ord_comn})；

所述低压限流单元合成器在每个电压设定终端中进一步包括裕度设定模块，其中整流换流站具有正电流裕度，逆变换流站具有负电流裕度。

6.根据权利要求5所述的低压限流单元合成器，其中，所述计算模块(1)进一步包括多个低压限流单元子模块(11)，所述低压限流单元子模块(11)的V/I特性能够被修改，包括增大或减小时间常数或改变电压及电流限制设定，以改进在所述串联型MTDC系统运行期间发生交流电压跌落时的交流系统恢复性能。

7.根据权利要求5所述的低压限流单元合成器，其中，所述低压限流单元合成器进一步包括同步模块，所述同步模块被配置成实现所述串联型MTDC系统的电流指令同步。

8.根据权利要求5所述的低压限流单元合成器，其中，电压设定终端的电流裕度是不同的。

9.根据权利要求5所述的低压限流单元合成器，其中，每个电压设定终端包括接收模块以接收共同的电流指令。

10.根据权利要求9所述的低压限流单元合成器，其中，每个电压设定终端的电流参考值等于共同的电流指令与其电流裕度的和。

11.根据权利要求5所述的低压限流单元合成器，其中，如果每个换流站具有相似的额定端电压，则每个换流站的测量的直流电压能够被用作低压限流单元中所述比较模块的输入，以计算用于每个换流站的共同的电流指令。

12.根据权利要求5所述的低压限流单元合成器，其中，由电压设定终端接收的每个共同的电流指令通过电信通讯方式被回送至电流设定端，以计算从电流设定端到不同电压设定终端的共同的电流指令的发送时间序列。