CN104485696B - 一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法及控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法及装置，用于调节具有两个由分别可控的功率半导体的阀组组成的串联电路的阀组电压。本发明提出，整流侧两个串联阀组分别配置电流调节单元，以阀组电流作为控制目标，并且两个阀组还配备了电压修正单元，可选择是否投入，通过设置电压修正单元的电压参考值，使得两阀组电压不均衡；逆变侧阀组中两阀组均通过电压调节单元控制本阀组两端电压，两阀组的电压参考值设置为不相等，实现两阀组的电压不均衡运行。
Description
技术领域
本发明属于特高压直流输电领域，特别涉及一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法及控制装置。
背景技术
特高压直流输电采用两个阀组互相串联，流过每个阀组的功率半导体的电流是相同的。现有的特高压直流输电阀组调节技术之一是整流侧高、低压阀组在所谓的极层面设置一个共同的电流调节单元，其中该共同的电流调节单元输出的触发角传输到每个串联的阀组；逆变侧高、低压阀组在所谓的极层面设置一个共同的电压调节单元，其中该共同的电压调节单元输出的触发角传输到每个串联的阀组。
现有技术之二是整流侧将高、低压阀组的电流调节单元与电压平衡单元相连，两个阀组的电流调节单元与电压平衡单元同时起调节作用，本质是整流侧高、低压阀组都采用电流调节进行电流控制，同时增加电压平衡单元，用于均衡串联阀组的电压。逆变侧高、低压阀组分别进行电压调节，电压参考值为整流侧直流电压参考值减去直流线路和接地极线路压降的一半。
但是，上述两种方案都不能实现串联阀组之间的电压不均衡调节。在高、低压阀组之间有电压调节需求时，如在高、低压阀组连接不同电压等级的交流电网的特高压直流输电场合，需要满足高、低压阀组所连接的不同交流电网的功率需求，即实现输送到不同交流电网功率的解耦控制。现有技术因为对各串联阀组电压进行对称均衡控制、串联的电流相同，使得各串联阀组输送的功率基本相同，不能满足两个交流电网的功率调节需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法及装置，可实现特高压直流整流侧或者逆变侧的一极的直流电压在高、低压阀组间的不均衡分配。
本发明的解决方案是：一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法，用于调节特高压直流输电的两个串联阀组的电压，其特征在于，在整流侧、逆变侧两侧同时或者其一侧配置电压修正单元：整流侧两个串联阀组分别配置电流调节单元，以阀组电流作为控制目标，并分别配备了电压修正单元，根据需要分别选择是否投入，通过设置电压修正单元不相等的电压参考值，使得两阀组电压不均衡；逆变侧两阀组均配置电压控制单元，分别控制本阀组两端电压，两阀组的电压参考值设置为不相等，实现两阀组的电压不均衡运行。
上述方案中，其特征在于，整流侧在投入电压修正单元后，在电流调节单元的直流电流测量值和参考值之差上减去阀组电压参考值和阀组两端的实测电压之差，结果输出到PI调节器后最终施加到本阀组上。
上述方案中，逆变侧每个阀组配置的电压调节单元将阀组的直流电压参考值和阀组两端实测直流电压之差接入到PI调节器后输出，其输出直接对阀组的触发角进行控制。
上述方案中，整流侧两个阀组的电压修正单元的电压参考值分别设置为k1*Urec、k2*Urec,其中Urec取值为当前特高压直流电压参考值或整流侧实际测量的本极直流电压；k1、k2为比例系数，取值范围0-1，且k1不等于k2。
上述方案中，逆变侧两个阀组的电压控制单元的电压参考值分别设置为k3*Uinv、k4*Uinv，其中Uinv取值为利用当前特高压直流电压参考值减去直流线路和接地极线路压降获得的逆变侧直流电压参考值或逆变侧实际测量获得的本极直流电压；k3、k4为比例系数，取值范围0-1，且k3不等于k4。
另外本发明还提供一种特高压直流输电控制装置，其特征在于，装置包含给整流侧两个串联阀组分别配置电流调节单元，以阀组电流作为控制目标，并分别配备电压修正单元，根据需要分别选择是否投入，通过设置电压修正单元不相等的电压参考值，使得两阀组电压不均衡；装置给逆变侧两阀组均配置电压控制单元，分别控制本阀组两端电压，两阀组的电压参考值设置为不相等，实现两阀组的电压不均衡运行；装置给所有电压修正单元配置选择投入功能。
上述方案中，整流侧电压修正单元在电流调节单元的直流电流测量值和参考值之差上减去阀组电压参考值和阀组两端的实测电压之差，结果输出到PI调节器后最终施加到本阀组上。
上述方案中，逆变侧电压调节单元将阀组的直流电压参考值和阀组两端实测直流电压之差接入到PI调节器后输出，其输出直接对阀组的触发角进行控制。
本发明的有益效果：
本发明提出一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法及装置。可在特高压直流整流侧或者逆变侧或者两侧同时选用本发明的控制方法，可以实现整流侧或者逆变侧或者两侧同时进入高低压阀组不对称运行模式，可以很好的满足一侧或者两侧高、低压阀组所连接的不同交流电网的不同功率需求。
附图说明
图1为高、低压阀组分层接入两个交流电网的特高压直流输电的换流器示意图。
图2为按照本发明的整流侧阀组电压控制实现框图。
图3为按照本发明的逆变侧阀组电压控制实现框图。
具体实施方式
整流侧两阀组分别配置电流调节单元，同时两阀组分别配置电压修正单元，利用其输出对电流调节单元的输出进行修正，方案的要点在于两阀组的电压修正单元的电压参考值不相等；逆变侧两阀组分别配置电压调节单元，也同样分别选取不同的电压参考值。
整流侧每个阀组配置一个电流调节单元和一个电压修正单元。电流调节单元控制与其对应的阀组电流，电压修正单元控制与其对应的阀组电压。阀组以电流调节单元输出为主对触发角进行控制，阀组电压修正单元的输出叠加到电流调节单元的输出上，作为补充，两者配合可以在控制阀组电流的基础上同时实现对阀组两端电压的调节。
阀组电压调节单元未投入情况下，直流电流测量值与参考值之差接入到PI调节器并输出控制信号直接控制阀组触发角；阀组电压修正单元投入后，在电流调节单元的直流电流测量值和参考值之差上减去阀组电压参考值和阀组两端的实测电压之差，结果输出到PI调节器后最终施加到本阀组上。
整流侧两个阀组的电压修正单元的电压参考值分别设置为k1*Urec、k2*Urec,其中Urec取值可以为当前的特高压直流电压参考值，也可以为整流侧实际测量的本极直流电压；k1、k2为比例系数，取值范围0-1，且k1不等于k2。k1与k2取值不相等，从而保证了两个阀组电压被控制到不等的水平，实现两个串联阀组间的电压不均衡。通过调节k1或k2，可以改变两阀组间的电压不均衡度。
整流侧两个阀组都配置电压修正单元，可以根据需要选择是否投入。只有一个阀组投入电压修正单元的情况下，其电压参考值同样设置为k1*Urec或k2*Urec；只要k1或k2不取0.5，即可实现两个串联阀组间的电压不均衡。同样通过调节k1或k2，可以改变两阀组间的电压不均衡度。
逆变侧每个阀组配置一个电压调节单元，电压调节单元用于控制与其对应的阀组两端电压，其输出直接对阀组的触发角进行控制。电压调节单元是将阀组的直流电压参考值和阀组两端实测直流电压之差接入到PI调节器后输出。
逆变侧两个阀组的电压控制单元的电压参考值分别设置为k3*Uinv、k4*Uinv，其中Uinv取值为利用当前特高压直流电压参考值减去直流线路和接地极线路压降获得的逆变侧直流电压参考值或逆变侧实际测量获得的本极直流电压；k3、k4为比例系数，取值范围0-1，且k3不等于k4。k3与k4取值不相等，从而保证了两个阀组电压被控制到不等的水平，实现两个串联阀组间的电压不均衡。通过调节k3或k4，可以改变两阀组间的电压不均衡度。
整流侧的电压修正单元的电压参考值系数k1、k2和逆变侧电压调节单元的电压参考值系数k3、k4之间没有任何关联性或者对称性；k1：k2的比值与k3:k4的比值大小可能相等，也可能不等。即采用本发明的方法实现的整流、逆变两侧的串联阀组电压的不平衡度既可以相等，也可以不等。
本发明还包括了一种可实现特高压直流一极的高压和低压阀组间的不均衡电压控制的特高压直流输电控制装置。装置包含给整流侧两个串联阀组分别配置电流调节单元，以阀组电流作为控制目标，并分别配备电压修正单元，根据需要分别选择是否投入，通过设置电压修正单元不一样的电压参考值，使得两阀组电压不均衡；装置给逆变侧两阀组均配置电压控制单元，分别控制本阀组两端电压，两阀组的电压参考值设置为不相等，实现两阀组的电压不均衡运行；装置给所有电压修正单元配置选择投入功能。
借助以下附图对本发明的实施例进行描述，其中，相同的组件使用相同的附图标记。图1示出了高、低压阀组分层接入两个交流电网的特高压直流输电的换流器11，其通过直流线路6连接到另外一端。换流器11具有两个由阀组4组成的串联电路10，这些阀组分别可以通过直流开关5跨接。阀组4为十二脉动三相桥式电路，也就是包括两个互相串联连接的六脉动桥4a和4b，其分别与高压直流输电变压器3相连。此外，高压直流输电变压器3具有一个与交流电网1相连的初级绕组3a。要指出的是，交流电网是三相的，然而在图1中为清楚起见仅示出一相。高压直流输电变压器的次级绕组3b分为星形连接和角形连接，从而提供一个相差。
换流器11可以借助交流开关2与交流电网1分合。由阀组4和对应的组件如高压直流输电变压器、交流开关和直流开关，组成的每个串联电路10也被作为极9表示，与一个阀组4对应的组件形成阀组单元8。与直流线路6相连的阀组4被称为高压阀组，与接地极7相连的阀组4被称为低压阀组。高、低压阀组分层接入不同交流电网的特高压直流输电的换流器11所连接的交流电网1a和1b为不同交流电网，双极的两个高压阀组分别通过交流开关2与交流电网1a连接，双极的两个低压阀组分别通过交流开关2与交流电网1b连接。图1中示出接地极7，其用于换流器11与地电极12的连接。
本实施例中仅举例说明所有电压修正单元均选择投入功能，实际上装置给所有电压修正单元配置选择投入功能，整流侧或者逆变侧可以只有一侧选择电压修正单元投入。
整流侧实施示例：
图2示出按照本发明的实施例1，其用于调节在图1中示出的高压直流输电设备11。控制单元20包括电流调节单元13、电流调节单元和电压修正单元15以及选择逻辑单元17。所述电流调节单元13输入为电流实测值Idv1(Idv2)与参考值Idref之差并与PI调节器14相连，电流调节单元和电压修正单元15的PI调节器16的输入为电流调节单元13中的电流实测值Idv1(Idv2)与参考值Idref之差和电压参考值k1*Urec(k2*Urec)与实测值Udv1(Udv2)求差后的相减值。选取逻辑单元17包含一个选择器19，选择器19输入分别为电流调节单元13的输出、电流调节单元和电压修正调节单元15的输出。选择器19的使能信号为图中18，18取低电平后对应阀组的电压修正单元即投入。选择器19的输出为最终的触发角α,作为用于功率半导体的控制信号。
逆变侧实施示例：
图3示出按照本发明的逆变侧实施例，其用于调节类似于图1所示的高压直流输电设备的逆变侧的一极串联的两个阀组。控制单元23主要包括电压调节单元21。所述电压调节单元21输入为电压参考值k3*Uinv(k4*Uinv)与实测值Udv1(Udv2)之差并与PI调节器22相连。PI调节器22的输出为最终的触发角α,作为用于功率半导体的控制信号。
通过分别对应于一个阀组4的合适的测量传感器进行实际值采集。例如通过串联电路10流动的电流，分别为高压阀组直流电流测量值Idv1，以及低压阀组直流电流测量值Idv2。高压阀组直流电流测量值Idv1以及低压阀组直流电流测量值Idv2分别作为实际值被传输到与阀组4对应的电流调节单元。在极的三个测量位置，作为极直流母线电压Udl、阀组连接线电压Udm和极中性线电压Udn采集电压。所述的电压调节单元所需的测量电压值可通过采集的电压通过合适的相减来得到，高压阀组电压测量值Udv1＝Udl-Udm，低压阀组电压测量值Udv2＝Udm-Udn。
本发明还包括了一种可实现特高压直流一极的高压和低压阀组间的不均衡电压控制的特高压直流输电控制装置。
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 (4)
1.一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法，用于调节特高压直流输电的两个串联阀组的电压，其特征在于，在整流侧、逆变侧两侧同时或者其一侧配置电压修正单元：整流侧两个串联阀组分别配置电流调节单元，以阀组电流作为控制目标，并分别配备了电压修正单元，根据需要分别选择是否投入，通过设置电压修正单元不相等的电压参考值，在电流调节单元的直流电流测量值和参考值之差上减去阀组电压参考值和阀组两端的实测电压之差，结果输出到PI调节器后，PI调节器的输出对阀组的触发角进行控制，使得两阀组电压不均衡；逆变侧两阀组均配置电压控制单元，分别控制本阀组两端电压，两阀组的电压参考值设置为不相等，实现两阀组的电压不均衡运行。
2.如权利要求1所述的一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法，其特征在于，整流侧两个阀组的电压修正单元的电压参考值分别设置为k1*Urec、k2*Urec,其中Urec取值为当前特高压直流电压参考值或整流侧实际测量的本极直流电压；k1、k2为比例系数，取值范围0-1，且k1不等于k2。
3.如权利要求1所述的一种特高压直流输电阀组电压不均衡控制方法，其特征在于，逆变侧两个阀组的电压控制单元的电压参考值分别设置为k3*Uinv、k4*Uinv，其中Uinv取值为利用当前特高压直流电压参考值减去直流线路和接地极线路压降获得的逆变侧直流电压参考值或逆变侧实际测量获得的本极直流电压；k3、k4为比例系数，取值范围0-1，且k3不等于k4。
4.一种特高压直流输电控制装置，其特征在于，装置包含给整流侧两个串联阀组分别配置电流调节单元，以阀组电流作为控制目标，并分别配备电压修正单元，根据需要分别选择是否投入，通过设置电压修正单元不相等的电压参考值，在电流调节单元的直流电流测量值和参考值之差上减去阀组电压参考值和阀组两端的实测电压之差，结果输出到PI调节器后，PI调节器的输出对阀组的触发角进行控制，使得两阀组电压不均衡；装置给逆变侧两阀组均配置电压控制单元，分别控制本阀组两端电压，两阀组的电压参考值设置为不相等，实现两阀组的电压不均衡运行；装置给所有电压修正单元配置选择投入功能。
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