CN104362662A - 一种lcc-vsc型混合直流输电系统拓扑结构及启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现LCC-VSC型混合直流输电系统及启动方法，具体是：首先解锁LCC换流器作定直流电流控制，为直流侧电容充电，电流测量值加惯性环节滤波，电流指令值由零逐渐开始升高到额定值，待直流电压升高至额定值时，解锁VSC换流器作定直流电压控制，功率逐渐由LCC侧传输至VSC侧，启动过程完成。本发明所述的启动方法能使LCC-VSC型混合直流输电系统从完全停机状态平稳过渡到正常运行状态，整个启动过程平滑稳定，同时混合直流系统的控制策略完善清晰，启动完成后能使系统准确跟踪目标参考值稳定运行。

Description

一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构及启动方法

 

技术领域

本发明属于电力工程技术领域。具体涉及一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构及启动方法（基于晶闸管的电流源型换流器LCC和全控型电力电子器件的电压源型换流器VSC的混合高压直流输电技术Hybrid HVDC）。

背景技术

LCC-VSC型混合直流输电技术整流侧采用电网换向换流器LCC（line commuted converter）、逆变侧采用电压源型换流器VSC（voltage source converter）。逆变侧VSC电流能够自关断，不需要外加换向电压，不依赖交流系统去维持电压和频率的稳定，可向弱交流系统或无源网络供电。LCC-VSC型混合直流输电系统符合我国远距离、大容量西电东送的要求，不需要考虑直流系统的潮流反向功能；且不存在逆变站的换相失败问题，解决了多直流落点问题；LCC-VSC混合型高压直流输电对于海上电网相连来说也具有很大优势，紧凑的电压源型换流器适用于海上平台并且可与电气孤岛相连。因此LCC-VSC型混合直流输电在我国有着广泛的运用前景。

高压直流输电系统启动时，若不采用特殊的启动控制策略，将会产生严重的过电压和过电流现象，从而危及换流装置的安全。目前已有的常规直流输电系统启动方法和柔性直流输电启动方法不能直接运用于LCC-VSC型混合直流输电系统。如何平稳启动LCC-VSC型混合直流输电系统，在国内外的文献中均未见研究。

发明内容

本发明针对上述问题,提供一种能使LCC-VSC型混合直流输电系统从完全停机状态平稳过渡到正常运行状态，整个启动过程平滑稳定，同时混合直流系统的控制策略完善清晰，启动完成后能使系统准确跟踪目标参考值稳定运行的实现LCC-VSC型混合直流输电系统及启动方法。

本发明提供的技术方案是： 

一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构，其特征在于，

包括整流站侧的换流变压器、无功补偿器、交流滤波器、交流开关、LCC换流器、平波电抗、直流线路、控制保护装置；

逆变站侧的交流滤波器、换流变压器、VSC变流器、直流电容、控制保护装置；

其中，有功潮流由LCC换流器流向VSC换流器，两端经交流断路器连接交流系统，交流滤波器安装在LCC换流器与VSC换流器交流侧，直流电容和平波电抗分别并联和串联在直流线路上，

所述整流站侧采用两个六脉动LCC换流器串联且中性点接地方式；所述逆变站侧采用三相两电平的VSC 换流器构成LCC-VSC直流输电系统。

在上述的一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构，所述LCC换流器则采用PI环控制定直流电流；所述VSC换流器内环采用d-q解耦的直接电流控制方式，外环采用定有功功率、定无功功率控制，有功控制量为直流电压。

一种基于一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：整个系统处于停机状态，两侧换流器分别通过变压器接交流系统处于闭锁状态；

步骤2：闭合整流侧交流断路器，解锁LCC换流器并采用定直流电流控制为直流侧电容充电建立直流电压达到额定直流电压；为避免充电过程产生过流，直流电流指令从零开始按用户自定义的速率增加至额定值，触发角初始值设为90°，最小触发角设定为5°，为减小谐波，测量电流加惯性环节滤波。

步骤3：为避免切换过程产生过大振荡，待直流电压到达额定值时，闭合逆变侧交流断路器并启动VSC换流器，做定直流电压控制，且直流电压指令值为1.0pu、无功功率指令值为0pu；有功功率逐渐由整流侧传输至逆变侧，系统完成启动过程进入稳态运行状态。

LCC-VSC型混合直流输电系统的启动问题有其特殊性：潮流只能单向流动即由LCC换流站流向VSC换流站；两端换流站启动条件各有特点，LCC换流器启动前需有功率馈入才能启动晶闸管。VSC换流器启动前其直流侧须有电压，否则IGBT反并联的二极管将会正向电压的作用下发生短路。

因此，本发明具有如下优点：设计了两端大电网运用场景下LCC-VSC型高压直流输电系统启动控制策略：先平稳启动LCC给直流电容充电、为VSC反并联二极管提供反压，然后启动VSC换流器实现潮流由LCC侧流向VSC侧，能使LCC-VSC型混合直流输电系统从完全停机状态平稳过渡到正常运行状态，整个启动过程平滑稳定，同时混合直流系统的控制策略完善清晰，启动完成后能使系统准确跟踪目标参考值稳定运行。

附图说明

图1为本发明涉及的启动系统拓扑结构示意图。

图2为本发明涉及的整流器的控制框图。

图3为本发明涉及的逆变器的控制框图。

具体实施方式

为实现所需功能，本发明提出了如下实施方式：

图1为整个LCC-VSC型混合直流输电启动系统拓扑图，图中，两端交流系统1，交流断路器2，交流滤波器3，换流变压器4， LCC换流器5，平波电抗器6，直流线路等效电阻7，直流线路等效电抗8，直流侧稳压电容9， VSC换流器10， VSC侧连接变压器和相电抗器的等效电阻11， VSC侧连接变压器和相电抗器的等效电感12。

其中，有功潮流由LCC换流器5流向VSC换流器10，两端经交流断路器连接交流系统，交流滤波器3安装在LCC换流器5与VSC换流器10交流侧，直流侧稳压电容9和平波电抗器6分别并联和串联在直流线路上，

整流站侧采用两个六脉动LCC换流器串联且中性点接地方式；所述逆变站侧采用三相两电平的VSC 换流器构成LCC-VSC直流输电系统。

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LCC换流器则采用PI环控制定直流电流，VSC换流器内环采用d-q解耦的直接电流控制方式、外环采用定有功功率、定无功功率控制，有功控制量为直流电压。

两端大电网LCC-VSC型混合直流输电系统启动过程的基本流程，其具体实施方式为启动过程大致分为三个步骤。

步骤1：整个系统处于停机状态，两侧换流器分别通过变压器接交流系统处于闭锁状态。

步骤2：闭合整流侧交流断路器，解锁LCC采用定直流电流控制为直流侧电容充电建立直流电压达到额定直流电压；为避免启动时的过流现象，直流电流指令值按用户自定义的速率由0逐渐上升至额定值，触发角初始值设为90°，最小触发角设定为5°，持续为直流侧电容充电，为减小谐波，测量电流加惯性环节滤波。

步骤3：当直流侧电压升至额定值时，闭合逆变侧交流断路器并启动VSC换流器，做定直流电压控制，设定直流电压指令值为1.0pu、无功功率指令值为0pu；有功功率逐渐由整流侧传输至逆变侧，系统完成启动过程进入稳态运行状态。

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LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构，其特征在于，

包括整流站侧的换流变压器、无功补偿器、交流滤波器、交流开关、LCC换流器、平波电抗、直流线路、控制保护装置；

逆变站侧的交流滤波器、换流变压器、VSC变流器、直流电容、控制保护装置；

其中，有功潮流由LCC换流器流向VSC换流器，两端经交流断路器连接交流系统，交流滤波器安装在LCC换流器与VSC换流器交流侧，直流电容和平波电抗分别并联和串联在直流线路上，

所述整流站侧采用两个六脉动LCC换流器串联且中性点接地方式；所述逆变站侧采用三相两电平的VSC 换流器构成LCC-VSC直流输电系统。

2.根据权利要求1所述的一种一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构，其特征在于，所述LCC换流器则采用PI环控制定直流电流；所述VSC换流器内环采用d-q解耦的直接电流控制方式，外环采用定有功功率、定无功功率控制，有功控制量为直流电压。

3.一种基于权利要求1所述的一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：整个系统处于停机状态，两侧换流器分别通过变压器接交流系统处于闭锁状态；

步骤2：闭合整流侧交流断路器，解锁LCC换流器并采用定直流电流控制为直流侧电容充电建立直流电压达到额定直流电压；为避免充电过程产生过流，直流电流指令从零开始按用户自定义的速率增加至额定值，触发角初始值设为90°，最小触发角设定为5°，为减小谐波，测量电流加惯性环节滤波；

步骤3：为避免切换过程产生过大振荡，待直流电压到达额定值时，闭合逆变侧交流断路器并启动VSC换流器，做定直流电压控制，且直流电压指令值为1.0pu、无功功率指令值为0pu；有功功率逐渐由整流侧传输至逆变侧，系统完成启动过程进入稳态运行状态。