CN103840479A - 一种基于vsc-hvdc的交直流并联系统启动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，所述基于VSC-HVDC的交直流并联系统包括风电场、VSC-HVDC输电系统和交流输电系统三部分；所述基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法包括如下步骤：将各交流断路器和直流开关处于断开状态，各换流站处于闭锁状态，风电场处于停机状态；受端换流站和送端换流站极连接；受端换流站启动；送端换流站启动；风电场启动并网发电运行；交流输电系统接入风电场，进入交直流并联运行状态。本发明不需要安装同期装置，交直流并联系统启动过程平稳，安全可靠性高，能够平滑地实现由VSC-HVDC输电系统单独接入风电场转入交直流并联运行的启动过程。
Description
技术领域
本发明涉及柔性高压直流输电领域，具体地，涉及一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法。
背景技术
随着环境保护和能源需求的日益突出，风力发电已经成为最具有商业化发展的新兴产业，有可能成为未来最重要的替代能源。海上风力发电以其自身的特点将成为未来风电发展的重点。但随着风电场容量和输电距离的不断增加，风电场交流并网对电网稳定和电能质量的影响也越来越严重，其中以并网风电场引起的系统电压稳定性和电压波动问题最为典型，已成为风电场接入弱电网的限制性因素。与之相比，风电场通过VSC-HVDC并网，并网系统的电网电压稳定性、电能质量以及风电场的穿透功率都得到显著提高。目前，国内外已有数个采用VSC-HVDC海上风电场并网的工程，如瑞典的Gotland工程、丹麦的Tjareborg工程、德国的Nord E.ON1工程和中国南汇工程。此外，国内正在实施的广东省南澳工程也是采用VSC-HVDC风电场并网的工程，该工程预计2013年底可投入运行。近年来，基于VSC-HVDC的风电场并网系统已成为国内外学者的研究热点。
基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术出现在20世纪末，是一种以电压源换流器、全控型电力电子器件（如IGBT、IGCT等）和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可灵活独立地控制有功功率和无功功率、可直接连接短路容量较小的弱电网甚至无源网络、能够起到STATCOM的作用、具有黑启动能力以及易于构成并联连接的多端直流输电系统等优点，因此非常适用于大规模风电场并网。此外，当风电场经VSC-HVDC并网时，由于VSC-HVDC的隔离作用，发生在交流电网侧的扰动不会影响到风电场侧，从而提高了风电场对交流电网故障的穿越能力。因此，对柔性直流输电相关技术的研究具有重要的意义。
对于现有交流并网的风电场来说，VSC-HVDC输电线路建成以后，基于VSC-HVDC的交直流并联运行是最常用的运行方式，因此对基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法的研究显得尤为必要。
目前国内外的研究，研究重点普遍放在对基于VSC-HVDC的交直流并联系统稳态运行时的控制策略进行研究，而对交直流并联系统的启动过程鲜有文献报道。文献（GIDDANI O A,ADAM G P,ANAYA-LARA O,et al.Grid integration of a largeoffshore wind farm using VSC-HVDC in parallel with an AC submarine cable[C]//Universities Power Engineering Conference,Sept.1-4,2009,Glasgow,UK:5p.）阐述了大规模海上风电场经VSC-HVDC交直流并联系统并网的稳态运行控制策略，但没有提及交直流并联系统的启动控制。然而，若交直流并联系统启动过程控制不当，将在换流站交流侧和直流侧产生严重的过压和过流，这会造成风电场或换流站的故障保护动作，导致交直流并联系统启动失败。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，该方法不需要安装同期装置，交直流并联系统启动过程平稳，安全可靠性高，能够平滑地实现由VSC-HVDC输电系统单独接入风电场转入交直流并联运行的启动过程。
为实现以上目的，本发明提供一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，所述基于VSC-HVDC的交直流并联系统包括风电场、VSC-HVDC输电系统、交流输电系统和交流电网四部分，其中：所述风电场由n台风机组成。所述VSC-HVDC输电系统包括一个送端换流站、一个受端换流站和中间直流电缆三部分，其中送端换流站包括一个三相交流断路器QF2、一个三相联结变压器T2、一个三相AC/DC换流器STC和两个直流隔离开关QS2+和QS2-，受端换流站包括一个三相交流断路器QF1、一个三相交流接触器KM、三个启动电阻R、一个三相联结变压器T1、一个三相AC/DC换流器RTC和两个直流隔离开关QS1+和QS1-。所述交流输电系统包括一个三相交流断路器QF3、一个三相交流变压器T3和三相交流电缆或架空线。风电场出口侧接入交流汇流母线B2，从交流汇流母线B2引出一路与送端换流站的交流断路器QF2的一端相连，交流断路器QF2的另一端与送端换流站的联结变压器T2的一端相连，联结变压器T2的另一端与送端换流器STC的交流侧相连，送端换流器STC的直流侧正母线与直流隔离开关QS2+的一端相连，直流侧负母线与直流隔离开关QS2-的一端相连，直流隔离开关QS2+的另一端与正极直流电缆的一端相连，直流隔离开关QS2-的另一端与负极直流电缆的一端相连，正极直流电缆的另一端与受端换流站的直流隔离开关QS1+的一端相连，负极直流电缆的另一端与受端换流站的直流隔离开关QS1-的一端相连，直流隔离开关QS1+的另一端与受端换流器RTC的正极相连，直流隔离开关QS1-的另一端与受端换流器RTC的负极相连，受端换流器RTC的交流侧与三个启动电阻R的一端相连，受端换流站的三相交流接触器KM与启动电阻R并联连接，三个启动电阻R的另一端与受端换流站的联结变压器T1的一端相连，联结变压器T1的另一端与三相交流断路器QF1的一端相连，三相交流断路器QF1的另一端与交流汇流母线B1相连，交流汇流母线B1引出一端与三相交流电网相连。同时，从交流汇流母线B2引出另一路与交流输电系统的三相交流断路器QF3的一端相连，三相交流断路器QF3的另一端与交流输电系统的三相交流变压器T3的一端相连，三相交流变压器T3的另一端与三相交流电缆的一端相连，三相交流电缆的另一端与交流汇流母线B1相连。
所述基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法包括如下步骤：
1）将各交流断路器和直流隔离开关处于断开状态，各换流站处于闭锁状态，风电场处于停机状态；
2）受端换流站和送端换流站极连接；
3）受端换流站启动；
4）送端换流站启动；
5）风电场启动并网发电运行；
6）交流输电系统接入风电场，进入交直流并联运行状态。
进一步地，所述步骤2）的具体内容是：闭合换流站的直流隔离开关，令受端换流站和送端换流站直流侧连接。
进一步地，所述步骤3）包括如下步骤：
（1）受端换流站处于闭锁状态，闭合受端换流站交流断路器QF1，交流电网通过启动电阻对直流侧电容进行预充电；
（2）待直流侧电压充电到70%额定直流电压时，闭合交流接触器KM，旁路启动电阻R；
（3）受端换流站解锁，释放触发脉冲，按照一定斜率控制直流侧电压逐渐上升至额定值。
进一步地，所述步骤4）包括如下步骤：
（1）送端换流站采用定交流电压控制，检测交流电网电压的相角作为送端换流站的同步旋转角，且交流输电系统所输送的有功功率指令值给定为零；
（2）送端换流站解锁，逆变出稳定的交流侧电压；
（3）闭合交流断路器QF2，为风电场提供稳定交流电源。
进一步地，所述步骤5）的具体内容是：检测到风速大于切入风速后，风电机组近似空载启动并网，风机并网成功后，逐渐增大风速至额定风速，风机进入额定发电状态。
进一步地，所述步骤6）的具体内容是：送端换流站接收到交流输电系统投入指令和所要输送的有功功率指令后，交流断路器QF3闭合，进入交直流并联运行状态。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明不需要安装同期装置；
（2）本发明送端换流站采用定交流电压控制，不需要进行控制策略切换；
（3）本发明可以有效抑制启动过程中产生的过压和过流现象；
（4）本发明不存在由于同期装置精度不够造成的同期条件不满足而无法实现交直流并列运行的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明涉及的基于VSC-HVDC的交直流并联系统的结构示意图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，所述基于VSC-HVDC的交直流并联系统包括风电场、VSC-HVDC输电系统、交流输电系统和交流电网四部分，其中：
所述风电场由至少一台以上的风机组成；
所述VSC-HVDC输电系统包括一个送端换流站、一个受端换流站和中间直流电缆三部分，其中送端换流站包括一个三相交流断路器QF2、一个三相联结变压器T2、一个三相AC/DC换流器STC和两个直流隔离开关QS2+和QS2-；受端换流站包括一个三相交流断路器QF1、一个三相交流接触器KM、三个启动电阻R、一个三相联结变压器T1、一个三相AC/DC换流器RTC和两个直流隔离开关QS1+和QS1-；
所述交流输电系统包括一个三相交流断路器QF3、一个三相交流变压器T3和三相交流电缆或架空线。
上述各部件的连接：风电场出口侧接入交流汇流母线B2，从交流汇流母线B2引出一路与送端换流站的交流断路器QF2的一端相连，交流断路器QF2的另一端与送端换流站的联结变压器T2的一端相连，联结变压器T2的另一端与送端换流器STC的交流侧相连，送端换流器STC的直流侧正母线与直流隔离开关QS2+的一端相连，直流侧负母线与直流隔离开关QS2-的一端相连，直流隔离开关QS2+的另一端与正极直流电缆的一端相连，直流隔离开关QS2-的另一端与负极直流电缆的一端相连，正极直流电缆的另一端与受端换流站的直流隔离开关QS1+的一端相连，负极直流电缆的另一端与受端换流站的直流隔离开关QS1-的一端相连，直流隔离开关QS1+的另一端与受端换流器RTC的正极相连，直流隔离开关QS1-的另一端与受端换流器RTC的负极相连，受端换流器RTC的交流侧与三个启动电阻R的一端相连，受端换流站的三相交流接触器KM与启动电阻R并联连接，三个启动电阻R的另一端与受端换流站的联结变压器T1的一端相连，联结变压器T1的另一端与三相交流断路器QF1的一端相连，三相交流断路器QF1的另一端与交流汇流母线B1相连，交流汇流母线B1引出一端与三相交流电网相连。同时，从交流汇流母线B2引出另一路与交流输电系统的三相交流断路器QF3的一端相连，三相交流断路器QF3的另一端与交流输电系统的三相交流变压器T3的一端相连，三相交流变压器T3的另一端与三相交流电缆的一端相连，三相交流电缆的另一端与交流汇流母线B1相连。
本实施例中，所述风电场是由定速鼠笼风电机组、双馈风电机组或者永磁直驱风电机组构成的风电场。
如图2所示，所述的基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，具体包括如下步骤：
1）将各交流断路器以及接触器QF1、QF2、QF3、KM和直流隔离开关QS1+、QS1-、QS2+、QS2-处于断开状态，VSC-HVDC输电系统受端换流站和VSC-HVDC输电系统送端换流站处于闭锁状态，风电场处于停机状态；
2）受端换流站和送端换流站极连接，具体的：闭合直流隔离开关QS1+和QS1-，闭合直流隔离开关QS2+和QS2-，令直流输电系统受端换流站和直流输电系统送端换流站直流侧连接；
3）受端换流站启动，具体的：
（1）VSC-HVDC输电系统受端换流站处于闭锁状态，闭合交流断路器QF1，交流电网通过启动电阻R对直流侧电容进行预充电；
（2）待直流侧电压充电到70%额定直流电压时，闭合交流接触器KM，旁路启动电阻R；
（3）VSC-HVDC输电系统受端换流站解锁，释放触发脉冲，按照一定斜率控制直流侧电压逐渐上升至额定值；
4）送端换流站启动，具体的：
（1）VSC-HVDC输电系统送端换流站采用定交流电压控制，检测交流电网电压的相角作为VSC-HVDC输电系统送端换流站的同步旋转角，且交流输电系统所输送的有功功率指令值给定为零；
（2）VSC-HVDC输电系统送端换流站解锁，逆变出稳定的交流侧电压；
（3）闭合交流断路器QF2，为风电场提供稳定交流电源；
5）风电场启动并网发电运行，具体的：检测到风速大于切入风速后，风电机组近似空载启动并网，风机并网成功后，逐渐增大风速至额定风速，风机进入额定发电状态；
6）交流输电系统接入风电场，具体的：直流输电系统送端换流站接收到交流输电系统投入指令和所要输送的有功功率指令后，交流断路器QF3闭合，进入交直流并联运行状态。
本发明所述方法不需要安装同期装置，交直流并联系统启动过程平稳，安全可靠性高，能够平滑地实现由VSC-HVDC输电系统单独接入风电场转入交直流并联运行的启动过程。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，其特征在于，所述基于VSC-HVDC的交直流并联系统包括风电场、VSC-HVDC输电系统、交流输电系统和交流电网四部分，其中：
所述风电场由至少一台风机组成；
所述VSC-HVDC输电系统包括一个送端换流站、一个受端换流站和中间直流电缆三部分，其中送端换流站包括第二三相交流断路器（QF2）、第二三相联结变压器（T2）、一个三相AC/DC换流器（STC）和第一、第二直流隔离开关（QS2+、QS2-）；受端换流站包括第一三相交流断路器（QF1）、一个三相交流接触器（KM）、三个启动电阻（R）、第一三相联结变压器（T1）、一个三相AC/DC换流器（RTC）和第三、第四直流隔离开关（QS1+、QS1-）；
所述交流输电系统包括第三三相交流断路器（QF3）、第三三相交流变压器（T3）和三相交流电缆或架空线；
所述风电场出口侧接入交流汇流母线（B2），从交流汇流母线（B2）引出一路与送端换流站的第二三相交流断路器（QF2）的一端相连，第二三相交流断路器（QF2）的另一端与送端换流站的第二三相联结变压器（T2）的一端相连，第二三相联结变压器（T2）的另一端与送端换流器（STC）的交流侧相连，送端换流器（STC）的直流侧正母线与第一直流隔离开关（QS2+）的一端相连，直流侧负母线与第二直流隔离开关（QS2-）的一端相连，第一直流隔离开关（QS2+）的另一端与正极直流电缆的一端相连，第二直流隔离开关（QS2-）的另一端与负极直流电缆的一端相连，正极直流电缆的另一端与受端换流站的第三直流隔离开关（QS1+）的一端相连，负极直流电缆的另一端与受端换流站的第四直流隔离开关（QS1-）的一端相连，第三直流隔离开关（QS1+）的另一端与受端换流器（RTC）的正极相连，第四直流隔离开关（QS1-）的另一端与受端换流器（RTC）的负极相连，受端换流器（RTC）的交流侧与三个启动电阻（R）的一端相连，受端换流站的三相交流接触器（KM）与启动电阻（R）并联连接，三个启动电阻（R的另一端与受端换流站的第一三相联结变压器（T1）的一端相连，第一三相联结变压器（T1）的另一端与第一三相交流断路器（QF1）的一端相连，第一三相交流断路器（QF1）的另一端与交流汇流母线（B1）相连，交流汇流母线（B1）引出一端与三相交流电网相连；同时，从交流汇流母线（B2）引出另一路与交流输电系统的第三三相交流断路器（QF3）的一端相连，第三三相交流断路器（QF3）的另一端与交流输电系统的第三三相交流变压器（T3）的一端相连，第三三相交流变压器（T3）的另一端与三相交流电缆的一端相连，三相交流电缆的另一端与交流汇流母线（B1）相连；
上述系统的启动控制方法包括如下步骤：
1）将各交流断路器和直流隔离开关处于断开状态，各换流站处于闭锁状态，风电场处于停机状态；
2）受端换流站和送端换流站极连接；
3）受端换流站启动；
4）送端换流站启动；
5）风电场启动并网发电运行；
6）交流输电系统接入风电场，进入交直流并联运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，其特征在于，所述步骤2）的具体内容是：闭合换流站的直流隔离开关，令受端换流站和送端换流站直流侧连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，其特征在于，所述步骤3）包括如下步骤：
（1）受端换流站处于闭锁状态，闭合受端换流站交流侧断路器（QF1），交流电网通过启动电阻对直流侧电容进行预充电；
（2）待直流侧电压充电到70%额定直流电压时，闭合交流接触器（KM），旁路启动电阻（R）；
（3）受端换流站解锁，释放触发脉冲，按照一斜率控制直流侧电压逐渐上升至额定值。
4.根据权利要求1所述的一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，其特征在于，所述步骤4）包括如下步骤：
（1）送端换流站采用定交流电压控制，检测交流电网电压的相角作为送端换流站的同步旋转角，且交流输电系统所输送的有功功率指令值给定为零；
（2）送端换流站解锁，逆变出稳定的交流侧电压；
（3）闭合第二三相交流断路器（QF2），为风电场提供稳定交流电源。
5.根据权利要求1所述的一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，其特征在于，所述步骤5）的具体内容是：检测到风速大于切入风速后，风电机组近似空载启动并网，风机并网成功后，逐渐增大风速至额定风速，风机进入额定发电状态。
6.根据权利要求1所述的一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，其特征在于，所述步骤6）的具体内容是：送端换流站接收到交流输电系统投入指令和所要输送的有功功率指令后，交流断路器（QF3）闭合，进入交直流并联运行状态。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于VSC-HVDC的交直流并联系统启动控制方法，其特征在于，所述风电场是由定速鼠笼风电机组、双馈风电机组或者永磁直驱风电机组构成的风电场。
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