CN104426159A - 一种三极直流输电协调控制方法 - Google Patents

一种三极直流输电协调控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三极直流输电协调控制方法，三极直流输电系统采用三极控制、极控制两级进行控制，三极控制协调各极功率/电流的分配，生成各极功率/电流指令，极控制接受三极控制发出的功率/电流等指令，实现各极功率/电流的精确控制；三极控制包括三极电流调制控制和三极功率控制两种控制模式，三极电流调制控制模式下，三极控制通过对三个极的电流指令进行调制，使流过接地极的电流保持平衡；三极功率控制模式下，三极直流总功率保持恒定，各极直流功率按各极直流电压绝对值大小进行分配。此种控制方法可实现三极直流各极功率/电流的协调控制，保证三极直流系统稳定运行，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。

Description

一种三极直流输电协调控制方法
技术领域
本发明属于直流输电领域，特别涉及一种三极直流输电协调控制方法。
背景技术
随着我国经济持续高速发展，电力供需矛盾日益突出，一方面电力负荷的增长超出了原有交流输电线路的传输能力，而受土地资源限制，很难获得新的输电走廊；另一方面，传统交流输电受绝缘、交流电网特性限制，线路输送功率很少达到导线所能承受的最大热功率，因此需要采用新技术进一步挖掘现有线路的输电潜力。
与交流输电相比较，采用直流输电，线路电流可以达到导线所能承受的最大热极限，而且线路造价更低、损耗更小。当直流线路节约的成本足以抵消新建换流站增加的成本时，采用直流输电经济效益明显。此外直流输电还具有功率控制方便、运行可靠、可以实现交流系统异步连接、不增加系统短路电流、可以提高交流系统安全性等优势。
三极直流输电技术是由Barthold L O在2004年提出的一种采用直流电流调制，将交流输电线路转化为三极直流输电线路的技术。可配合图1所示，是一个典型的三极直流输电系统主回路图，其中，极1、极2是常规的直流双极输电系统，其电压极性和电流方向恒定不变，极3是具有双向导通能力的单极直流输电系统，其电压极性和电流方向都可以快速改变。
在对交流线路改造成直流输电线路的各种转换方案中，由于三极直流输电方案可以充分利用原有的交流三相线路，因此相对于双极和单极直流输电改造方案，三极直流输电方案在提高输电能力、经济成本和可靠性等方面上具有优势。
目前利用三极直流输电技术将交流线路改造成直流输电线路还处在研究阶段，尚无工程应用实例。
由于三极直流输电系统采用三个极进行输电，极3具有双向导通能力，其电压极性和电流方向都可以快速改变，与常规直流控制有较大区别，因此需要在常规直流控制基础上对三极直流输电系统三个极功率/电流协调控制策略进行优化，保证整个直流系统稳定运行，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。
正是基于此种考虑，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种三极直流输电协调控制方法，其可实现三极直流各极功率/电流的协调控制，保证三极直流系统稳定运行，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种三极直流输电协调控制方法，实现对三极直流输电系统的控制，所述三极直流输电系统包括三个极，其中，第一极和第二极构成直流双极输电系统，电压极性和电流方向恒定不变，第三极采用具有双向导通能力的单极直流输电系统，电压极性和电流方向都能够改变；所述控制方法的内容是：三极直流输电系统采用三极控制、极控制两级进行控制，三极控制协调各极功率/电流的分配，生成各极功率/电流指令，极控制接受三极控制发出的功率/电流等指令，实现各极功率/电流的精确控制；三极控制包括三极电流调制控制和三极功率控制两种控制模式，三极电流调制控制模式下，三极控制通过对三个极的电流指令进行调制，使流过接地极的电流保持平衡；三极功率控制模式下，三极直流总功率保持恒定，各极直流功率按各极直流电压绝对值大小进行分配。
上述控制方法包括如下步骤：
（1）选择三极控制模式，选择三极电流调制控制模式则转步骤（2），选择三极功率控制模式则转步骤（3）；
（2）控制第一极和第二极的直流电压极性和直流电流方向恒定不变，电流定值在最大值和最小值之间周期性调制；第三极的直流电压极性和直流电流方向快速改变，电流定值取第一、二极的电流定值之差，直流电压跟随直流电流方向变化呈现周期性的反转，通过改变两极电流定值最大值和最小值的比值大小，实现对三极直流传输功率的控制，保证流过接地极的电流保持平衡；
（3）在三极功率控制模式下，三极直流总功率保持恒定，各极直流功率按各极直流电压绝对值大小进行分配，各极直流电压极性和直流电流方向保持恒定不变，各极直流电流定值由各极功率定值和直流电压决定。
上述步骤（3）中，在三极功率控制模式下，如果将三极直流输电系统中的任何一极切换为单极功率控制，则该极的传输功率由处于三极功率控制状态的两个极来维持，其功率参考值等于三极功率参考值和单极功率控制极实际传输功率的差值。
上述步骤（3）中，在三极功率控制模式下，所述三极直流输电系统中的任何一极输电能力下降而导致实际系统传输功率减少时，将控制增大另外两个极的功率，使直流传输功率的值向着三极功率控制设定的参考值增加。
上述步骤（3）中，在三极功率控制模式下，所述三极直流输电系统中的任何一极故障，则闭锁该故障极，退出三极运行方式，转换为双极运行方式，损失的功率首先在剩余两个极之间平均分配补偿；如果除故障极外剩余的两个极中，其中一个极是独立运行，另一极是三极功率控制运行，则三极功率控制运行的极补偿故障极的功率损失，而独立运行的极不参与补偿功率损失。
采用上述方案后，本发明可以实现三极直流输电系统正常运行条件下的各极功率/电流协调控制和极发生故障后三极直流输电系统输电功率的快速补偿，保证整个直流系统稳定运行，降低对两端交流系统的影响，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。
附图说明
图1是三极直流输电系统的拓扑图；
图2是本发明的控制原理图；
图3是三极直流输电电流指令调制原理图；
其中，（a）表示极1的原理图，（b）表示极2的原理图，（c）表示极3的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所示，本发明提供一种三极直流输电协调控制方法，针对如图1所示的三极直流输电系统，实现对交流输电线路的改造，所述控制方法在实施时，将三极直流输电系统控制设备按三极控制、极控制两级进行设置，三极控制协调各极功率/电流的分配，生成各极功率/电流指令，极控制接受三极控制发出的功率/电流等指令，实现各极功率/电流的精确控制。
所述三极控制可采用三极电流调制控制和三极功率控制两种模式对三极直流输电系统功率/电流进行控制，下面分别介绍。
在三极电流调制控制模式下，三极控制通过三个极的电流指令进行调制，使流过接地极的电流基本为零，具体协调控制策略如图3所示：投入三极电流调制控制，极1和极2的直流电压极性和直流电流方向恒定不变，交替周期性地传输大电流和小电流，极3的电流是流过极1和极2的直流电流差值，以消除大地回流，使流过接地极的电流最小；极3可以快速改变电压极性和电流方向，以保证功率输送方向不变。三极直流输电正常运行时对系统各极电流定值进行调制。极1和极2的电流定值在最大值Idmax和最小值Idmin之间不断切换，极3的电流定值取极1与极2电流定值的差值。极1和极2的电压极性保持不变。由于极3的电流方向要发生周期性的变化，极3电压跟随极3电流方向变化呈现周期性的反转以保证极3功率传输方向不变。图3中，Ud、Id分别代表三极直流各极直流电压和直流电流，Idmax与Idmin的调制周期Tm取4～5min，具体值可以优化。定义电流调制比M为直流电流最大值与最小值之比，运行时通过改变M值的大小，即可控制两端换流站的传输功率。各极电流转换的过渡过程如图3所示，对于极3，在时间t1内，电流由反向电流最大值下降到0，然后闭锁；在时间t2内，极3通过的电流为0，极3的电压也在此期间完成反转；在时间t3内，极3解锁，电流由0上升到正向最大值。整个过渡过程时间（t1、t2和t3之和）在4s以上，具体参数值需要优化，以防止传输功率闪变和交流侧的暂态过电压。由于t1、t2、t3相对于调制周期Tm来说很小，因此对导线发热影响很小。
三极直流输电系统在三极功率控制模式下，三极直流总功率保持恒定，各极直流功率按各极直流电压绝对值大小进行分配，各极直流电压极性和直流电流方向保持恒定不变，各极直流电流定值由各极功率定值和直流电压决定。
三极功率控制模式下，如果其中一个极切换为单极功率控制，则该极传输功率可以独立改变，三极传输功率由处于三极功率控制状态的两个极来维持，其功率参考值等于三极功率参考值和单极功率控制极实际传输功率的差值。在这种情况下，接地电流允许不平衡。
三极功率控制模式下，三极直流输电系统任何一极由于降压运行或其他原因使得该极输电能力下降，导致实际系统传输功率减少，三极功率控制将自动增大另外两个极的功率，快速地将直流传输功率恢复到尽可能接近三极功率控制设定的参考值的水平，另外两个极的电流的增加受设备过负荷能力限制。
三极功率控制模式下，三极直流输电系统任何一极故障，控制保护系统发出指令闭锁故障极，退出三极运行方式，自动转换为双极运行方式，损失的功率首先在剩余两个极之间平均分配补偿，但受到各极过负荷能力的限制。如果剩余两个极其中一个极是独立运行，另一极是三极功率控制运行，则三极功率控制极补偿故障极的功率损失，而独立运行极不参与补偿功率损失。
当不需要对三极直流功率进行协调控制时，可以退出三极功率控制模式。
如作为三个独立的单极直流系统运行，即三个极均处在单极功率控制状态，主控站运行人员可以分别输入各极直流整定的功率值，控制系统分别控制各极整流端的直流功率等于整定的直流功率值。
如作为一个独立的单极直流系统和一个独立的双极直流系统并联运行时，单极直流系统和双极直流系统的功率可以分别控制。
上述单极直流功率控制和双极直流功率控制方法均为现有技术，在此不再赘述。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三极直流输电协调控制方法，实现对三极直流输电系统的控制，所述三极直流输电系统包括三个极，其中，第一极和第二极构成直流双极输电系统，电压极性和电流方向恒定不变，第三极采用具有双向导通能力的单极直流输电系统，电压极性和电流方向都能够改变；其特征在于：三极直流输电系统采用三极控制、极控制两级进行控制，三极控制协调各极功率/电流的分配，生成各极功率/电流指令，极控制接受三极控制发出的功率/电流等指令，实现各极功率/电流的精确控制；三极控制包括三极电流调制控制和三极功率控制两种控制模式，三极电流调制控制模式下，三极控制通过对三个极的电流指令进行调制，使流过接地极的电流保持平衡；三极功率控制模式下，三极直流总功率保持恒定，各极直流功率按各极直流电压绝对值大小进行分配。
2.如权利要求1所述的一种三极直流输电协调控制方法，其特征在于所述控制方法包括如下步骤：
（1）选择三极控制模式，选择三极电流调制控制模式则转步骤（2），选择三极功率控制模式则转步骤（3）；
（2）控制第一极和第二极的直流电压极性和直流电流方向恒定不变，电流定值在最大值和最小值之间周期性调制；第三极的直流电压极性和直流电流方向快速改变，电流定值取第一、二极的电流定值之差，直流电压跟随直流电流方向变化呈现周期性的反转，通过改变两极电流定值最大值和最小值的比值大小，实现对三极直流传输功率的控制，保证流过接地极的电流保持平衡；
（3）在三极功率控制模式下，三极直流总功率保持恒定，各极直流功率按各极直流电压绝对值大小进行分配，各极直流电压极性和直流电流方向保持恒定不变，各极直流电流定值由各极功率定值和直流电压决定。
3.如权利要求2所述的一种三极直流输电协调控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中，在三极功率控制模式下，如果将三极直流输电系统中的任何一极切换为单极功率控制，则该极的传输功率由处于三极功率控制状态的两个极来维持，其功率参考值等于三极功率参考值和单极功率控制极实际传输功率的差值。
4.如权利要求2或3所述的一种三极直流输电协调控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中，在三极功率控制模式下，所述三极直流输电系统中的任何一极输电能力下降而导致实际系统传输功率减少时，将控制增大另外两个极的功率，使直流传输功率的值向着三极功率控制设定的参考值增加。
5.如权利要求2或3所述的一种三极直流输电协调控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中，在三极功率控制模式下，所述三极直流输电系统中的任何一极故障，则闭锁该故障极，退出三极运行方式，转换为双极运行方式，损失的功率首先在剩余两个极之间平均分配补偿；如果除故障极外剩余的两个极中，其中一个极是独立运行，另一极是三极功率控制运行，则三极功率控制运行的极补偿故障极的功率损失，而独立运行的极不参与补偿功率损失。
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