CN104584359B - 用于闭锁/解锁串联型mtdc系统中的变流器的控制方法及其控制器 - Google Patents

用于闭锁/解锁串联型mtdc系统中的变流器的控制方法及其控制器 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于闭锁/解锁串联型多端直流(MTDC)系统中的变流器的控制方法及其控制器。为了闭锁单个变流器，所述方法包括：除了目标变流器外，选择辅助变流器(302)；使两个变流器的功率下降到零(304)；触发目标变流器的旁通对，依次控制DC侧的开关，闭锁所述目标变流器(306)；以及调节MTDC系统进入新的平衡(308)。还提出了用于闭锁/解锁多个变流器的控制方法。这些控制方法实现了闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的安全可靠的操作。

Description

用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其 控制器
技术领域
本发明涉及串联型多端HVDC系统(即串联型MTDC系统)，尤其涉及一种用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其控制器。
背景技术
到目前为止，串联型MTDC还没有应用到工程上。过去50年中，只有少数论文研究了串联型MTDC。大部分论文都只关注于拓扑原理和控制方法。当一个或多个变流器进入/退出时，如何维持MTDC系统正常运行是一个需要解决的大问题。
本发明提出一种用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其控制器，能够实现闭锁/解锁变流器的安全可靠的行为。
发明内容
本发明提供了用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其控制器。
根据本发明的一方面，提供一种用于闭锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法。该方法包括：除目标变流器外，选择辅助变流器；使这两个变流器的功率下降到零；触发目标变流器的旁通对，依次控制DC侧的开关，并闭锁目标变流器；以及调节MTDC系统到新的平衡。
根据本发明的一个优选实施例，所述方法还包括在闭锁目标变流器之后退出辅助变流器。
根据本发明的一个优选实施例，辅助变流器是与目标变流器位于相同的一极，且处于相对位置的变流器。
根据本发明的一个优选实施例，辅助变流器能够基于它的位置、功率容量、短路容量和电网安全等级和/或经济利益被确定。
根据本发明的一个优选实施例，辅助变流器靠近接地极；辅助变流器具有与目标变流器相匹配的功率容量；和/或辅助变流器位于具有高短路容量的AC系统中。
根据本发明的一个优选实施例，辅助变流器的匹配的功率容量应当与目标变流器的功率容量相同，或高于目标变流器的功率容量。
根据本发明的另一方面，提供一种用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法。该方法包括：从目标变流器中选择第一对；使得所选的变流器的功率下降到零；触发第一对中的逆变器的旁通对，依次控制DC侧的开关；闭锁逆变器；触发第一对的整流器的旁通对，依次控制DC侧的开关；闭锁整流器；如果存在下一对，遵照与第一对相同的步骤闭锁下一对。
根据本发明的一个优选实施例，每对目标变流器都位于同一极；每对均包括整流器和逆变器；每对中的整流器和逆变器的功率容量相匹配。
根据本发明的一个优选实施例，具有更低电压水平的一对首先退出。
根据本发明的一个优选实施例，在具有最低的电压水平的变流器退出后，接地电极需要被转移到其他变流器上。
根据本发明的另一方面，提供一种用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法。该方法包括：从目标变流器中选择第一对；使得所选的变流器的功率下降到零，同步触发逆变器和整流器的旁通对，依次控制DC侧的开关；同步闭锁第一对的逆变器和整流器；如果存在下一对，则遵照与第一对相同的步骤闭锁下一对。
根据本发明的另一方面，提供一种用于紧急闭锁串联型MTDC系统中的目标变流器的控制方法。该方法包括：确定故障点，触发目标变流器的旁通对；调节MTDC系统中的功率平衡，同时，依次控制DC侧的开关；闭锁目标变流器；在MTDC系统建立新的运行平衡。
根据本发明的一个优选实施例，为了建立新的运行，至少一个变流器的DC电压可以被改变，或至少一个变流器可以退出。
根据本发明的另一方面，提供一种用于解锁串联型MTDC系统的单个变流器的控制方法。该方法包括：控制AC和DC侧的开关；控制变流器的触发角使其减小到预设的角度；打开被闭锁的变流器的旁路开关；在MTDC系统中建立新的运行平衡。
根据本发明的另一方面，提供一种用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法。该方法包括：控制AC和DC侧的开关；打开被闭锁的变流器的旁路开关，同时触发在预设角度的触发角；在MTDC系统中建立新的运行平衡。
根据本发明的另一方面，提供一种用于解锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法。该方法包括：根据上述两种用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法中的一种方法解锁整流器使其进入MTDC系统；据上述两种用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法中的一种方法解锁逆变器使其进入MTDC系统；在MTDC系统中建立新的运行平衡。
根据本发明的一个优选实施例，整流器和逆变器可以同步解锁。
根据本发明的另一方面，提供一种协调控制器。该协调控制器被配置成实现用于闭锁串联型MTDC系统中的变流器和/或解锁串联型MTDC系统中的变流器的至少一个上述方法。
根据本发明的一个优选实施例，协调控制器包括DC电压同步控制模块，该DC电压同步控制模块被配置成保持目标变流器的两个DC电压互相同步。
根据本发明的一个优选实施例，协调控制器接收目标变流器的闭锁或解锁反馈，并把信息传送给主控制器。
本发明的实施例提供了用于闭锁/解锁串联型MTDC的变流器的控制方法，并且实现了用于闭锁/解锁变流器的可靠平滑的操作。
附图说明
下面将参照附图中示出的优选的示例性实施例对本发明的主题进行更详细的解释，其中：
图1示出了具有4个端的两极串联型MTDC的单线图；
图2示出了本发明所提出的具有协调控制器的4端MTDC系统的框图；
图3示出了根据本发明实施例的用于闭锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法；
图4示出了根据本发明实施例的用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法；
图5示出了根据本发明实施例的用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法；
图6示出了根据本发明实施例的用于紧急闭锁串联型MTDC系统中的目标变流器的控制方法；
图7示出了根据本发明实施例的用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法；
图8示出了根据本发明实施例的用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的另一控制方法；
图9示出了根据本发明实施例的用于解锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的示例性实施例。出于清楚且简明的目的，并非实际实现中的全部特征都在说明书中进行描述。
本发明适用于基于LCC的串联型MTDC系统，在这种系统中多于一个的端串联连接。
图1示出了具有4个端的两极串联型MTDC的单线图。
如图1所示，BPSxxx表示旁路开关，Sxxx表示隔离开关，Rxx表示整流变流器/端，Ixx表示逆变变流器/端。实践中，每个变流站通常在DC侧包括4个开关。旁路开关(BPS)并联连接到变流器的DC端口。BPS的一个触点联结DC端口的正极触点，BPS的另一个触点联结DC端口的负极触点。开关(S1)与DC传输线的端口并联连接。S1的一个触点联结到正极DC传输线，S1的另一触点联结到负极DC传输线。开关(S2)连接在变流器的DC端口的正极触点与正极传输线之间。开关(S3)连接在变流器的DC端口的负极触点与负极传输线之间。
图2示出了本发明所提出的具有协调控制器的4端MTDC系统的框图。
如图2所示，R1+被认为是电流设定端(CST)，而其它的是电压设定端(VST)。
串联型MTDC系统中的变流器的闭锁可以分为正常闭锁和紧急闭锁。正常闭锁的方法用于有计划的退出或者非紧急退出，例如正常维护和在可预测故障时退出。对于正常闭锁来说，它可以被分成闭锁单个变流器和闭锁多个变流器(例如至少两个变流器)。而紧急闭锁的方法在故障发生时才使用，需要某些变流器迅速闭锁。
图3示出了根据本发明实施例的用于闭锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法。
如图3所示，用于闭锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法300包括：
步骤302，除了目标变流器之外，选择辅助变流器。即，如果只有一个变流器需要从DC系统中退出，那么一个相应的变流器就会被选为辅助变流器。例如，在逆变器I2+是要被退出的变流器的情况下，R2+被选为辅助变流器。I2+的触发角最终将会改变为大约90度，并被保持。
步骤304，使这两个变流器的功率下降到零。例如，协调控制器通过预设的斜减(decreas ing ramp)(例如0.002p.u./ms)控制I2+和R2+的参考功率。在闭锁过程中，I2+的参考功率应该总是低于R2+的参考功率(这个要求能保持其它端中没有过载)。
步骤306，触发目标变流器的旁通对，依次控制DC侧的开关，闭锁目标变流器。根据本发明的教导，尤其基于具体的MTDC系统的配置，对于本领域技术人员来说，如何依次操作开关来闭锁变流器是非常明显的。例如，触发I2+的旁通对；然后闭合旁路开关BPSI2+；当BPSI2+闭合时，闭锁旁通路对；闭合开关S1I2+，然后打开旁路开关BPSI2+；然后打开开关S2I2+和S3I2+；闭锁I2+，然后转换到隔离过程并将信号发送给协调控制器。
步骤308，调节MTDC系统使其达到新平衡。需要注意的是，现有技术中的用于调节MTDC系统的所有方案都能够用于本发明，并且对于人们来说使用这种现有的方案并进行一些必要修改是非常明显的。
根据本发明的优选实施例，该方法进一步包括在闭锁目标变流器之后退出辅助变流器。即，R2+能够在功率减小的模式下运行。系统操作员将决定R2+最终是否退出。
上述实施例退出了逆变器，如果需要退出整流器，则本领域技术人员了解相应的方法与前面提到的步骤是相似的。但是在这种情况下，需要注意的是，如果CST将从DC系统中退出，则CST的电流设定功能必须首先转移到其他变流器上。
闭锁控制方法的关键在于目标变流器和辅助变流器之间的协调。为了避免对CST的干扰，应当很好的协调将要退出的变流器对的DC电压。在本发明中，引进了协调控制器。辅助变流器是否需要退出依赖于对无功功率吸收、AC电压变化，功率损失和工作电压限制等的仔细考虑。
在本发明中，辅助变流器是与目标变流器位于相同的一极、且处于相对位置的变流器。“相对位置”是指如果目标变流器是发送端，那么处于相对位置的辅助变流器应当是接收端，反之亦然。根据本发明优选的实施例，辅助变流器能够基于它的位置、功率容量、短路容量、电网安全等级/或优先级被确定。
具体地，辅助变流器靠近接地极；辅助变流器具有和目标变流器相匹配的功率容量，例如，辅助变流器的匹配的功率容量应当与目标变流器的功率容量相同或高于目标变流器的功率容量；和/或辅助变流器位于具有高短路容量的AC系统上。在确定辅助变流器时，也要考虑其它因素，如电网安全等级，经济利益等；特别地，应优先选择不关键的变流器。
在某些情况下(如正常维护)，若干端/变流器需要退出。一些具有整流器和合适的逆变器的匹配的对的退出操作应当预先定义。
图4示出了根据本发明的实施例的用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法。
如图4所示，用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法400包括：
步骤402，从目标变流器中选择第一对。例如，选择R2+和I2+作为退出的变流器。
步骤404，使所选的变流器的功率下降到零。例如，协调控制器控制I2+和R2+的参考功率，以通过预设的斜坡(ramp)(例如0.002p.u./ms)下降，并且I2+’的参考功率略低于R2+’的参考功率。I2+和R2+的触发角将改变为90度并被保持。
步骤406，触发第一对的逆变器的旁通对，依次控制DC侧的开关；闭锁逆变器。例如，触发I2+的旁通对；然后闭合BPSI2+，并闭锁旁通对。闭合S1I2+，打开BPSI2+，然后打开S2I2+和S3I2+。闭锁I2+，然后转换到隔离过程，并向协调控制发出信号。
步骤408，触发第一对的整流器的旁通对，依次控制DC侧的开关，闭锁整流器。例如，触发R2+的旁通对；遵照与步骤406相似的过程。
步骤410，如果存在下一对，遵照与第一对相同的步骤闭锁下一对。如果功率不能完全匹配，则CST变流器将在整个方法中保持DC电流为常量。最后，协调控制器将建立功率传输新的平衡。
在本发明中，每对目标变流器都在同一极；每对都包括整流器和逆变器；每对中整流器和逆变器的功率容量应当匹配。如果需要退出若干对，则具有较低电压水平的那一对将首先退出。尤其地，当具有最低电压水平的变流器退出后，接地电极需要转移到其他变流器。
图5示出了根据本发明实施例的用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法。
如图5所示，用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法500包括：步骤502—步骤508，其中，步骤502、步骤504和步骤508与图4的步骤402、步骤404和步骤410相同或相似。为了使描述简洁，这些步骤将不再进一步说明。
步骤506，同步触发逆变器和整流器的旁通对，依次控制DC侧的开关；同步闭锁逆变器和整流器。
基于同步过程，本方法能够提高逆变器和整流器的退出速度。
当由于故障或一些其他紧急操作端/变流器需要闭锁退出DC系统时，紧急闭锁方法起到了重要作用。
图6示出了根据本发明的实施例的用于紧急闭锁串联型MTDC系统中的目标变流器的控制方法。
如图6所示，用于紧急闭锁串联型MTDC系统中的目标变流器的控制方法600包括：
步骤602，确定故障点，触发目标变流器的旁通对。例如，当I2+在紧急操作下需要退出时，首先确认故障能够被旁路开关隔离；触发I2+的旁通对，但是如果不存在旁通对，则取消这一步；故障的类型将被检测出并被发送给协调控制器。
步骤604，调节MTDC系统中的功率平衡，同时依次控制DC侧的开关并闭锁目标变流器。为了维持恒定的DC电流，CST自动调节DC系统中的有功功率平衡。闭合BPSI2+，然后闭锁旁通对(如果旁通对被触发的话)；闭合S1I2+，打开BPS2+，然后打开S2I2+和S3I2+；闭锁I2+，然后转换到隔离过程，并发送信号给协调控制器。
步骤606，在MTDC系统中建立新的运行平衡。协调控制器建立MTDC系统的新的运行平衡。根据本发明的优选实施例，为了建立新的运行，至少一个变流器的DC电压可以被改变，或者至少一个变流器可以退出。
如果其他变流器需要闭锁，方法是相同的。但是如果退出变流器是CST，则电流控制任务将自动转移到另一端。其他步骤是相同的。事实上，正常退出也可以使用该方法，但是DC系统中的干扰(电流和电压的过冲)会更大。
当已经退出的端/变流器需要重新进入DC系统时，用于解锁变流器的控制方法将起到重要作用。该方法是计划的操作。但是单次行动或多次行动的方法是不同的。提出了用于解锁单个变流器的两种方法。
图7示出了根据本发明实施例的用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法。
如图7所示，用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法700包括：
步骤702，控制AC侧和DC侧的开关。例如，I2+脱离隔离状态并通电；I2+的RPC(无功功率控制器)启动并投入已计算好的滤波器或无功功率补偿设备中，禁止抽头变换器工作。闭合开关S2I2+和S3I2+；闭合旁路开关BPSI2+，然后打开开关S1I2+。
步骤704，控制触发角使其减小到预设角度，打开旁路开关。具体地，当触发角在90度被解锁时，解锁变流器。然后触发角以预设的斜坡下降，直到该角到达一个预设的角度。这个角度接近90度，使BPSI2+上的电流在零附近轻微震荡。然后打开BPSI2+。
步骤706，在MTDC系统中建立新的运行平衡。在BPSI2+打开之后，发送信号给协调控制器；从协调控制器获得反馈，并以计算的斜升增加I2+的DC电压。CST和协调控制器根据功率守恒的原理调节其他DC电压或DC电流；最后，在DC系统中获得新的平衡，并打开抽头变换器操作。
根据本发明，提供了用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的另一控制方法，以安全打开BPSI2+。
图8示出了根据本发明实施例的用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的另一控制方法。
如图8所示，用于解锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法800包括：
步骤802，控制AC侧和DC侧的开关。例如，在t0时打开BPSI2+；触发角保持在一个小角度(该角度是一个预设值)直到t0+△t(△t是一个提前计算好的时间)。
步骤804，打开旁路开关，同时触发在预设角度的触发角。BPSI2+的电流通过更低的触发角快速降到零；然后成功打开BPSI2+。
步骤806，在MTDC系统中建立新的运行平衡。
图8示出的用于解锁单个变流器的第二种方法的优势包括：无功功率和无功功率变化由于更快的过程而减小。
在某些情况下，变流器应同时连接到MTDC系统。一种方法是一个一个地进入；另一种方法是一对一对地进入。
图9示出了根据本发明的实施例的用于解锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法。
如图9所示，用于解锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法900包括：
步骤902，根据图7或图8示出的上述方法解锁整流器使其进入MTDC系统。例如，I2+和R2+将链接到MTDC系统中。首先，R2+根据用于解锁单个变流器的方法进入DC系统。R2+按照已计算的斜坡增大DC电压，直到该电压达到主控制器计算出的参考值，CST在调节其DC电压的同时维持DC电流。
步骤904，根据图7或图8示出的上述方法解锁逆变器使其进入MTDC系统。I2+根据用于解锁单个变流器的方法进入DC系统，然后，I2+按照已计算的斜坡增大其DC电压，直到该电压达到额定电压，CST维持DC电流。
步骤906，在MTDC系统中建立新的运行平衡。协调控制器调节R2+和I2+上升，直到额定为止，然后DC系统在新的平衡下运行。
提出了另一种用于解锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的方法，其中，一对变流器同步动作，即，整流器和逆变器同步解锁，并且R2+和I2+将升高它们的由控制器调节的DC电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种协调控制器。协调控制器被配置成指导上述用于闭锁串联型MTDC系统中的变流器和/或解锁串联型MTDC系统中的变流器的方法。具体地，协调控制器包括DC电压同步控制模块，该DC电压同步控制模块被配置成保持目标变流器的两个DC电压相互同步。
根据本发明的优选的实施例，协调控制器接收目标变流器的闭锁或解锁反馈，并修改主控制器中的参数。例如，串联型MTDC系统中的主控制器包括：选择模块和配置模块；选择模块被配置成选择一端作为电流设定端CST，定义其它端为电压设定端VST；配置模块被配置成将串联型MTDC系统的参考电流配置为CST变流器的输入、分别基于所述参考电流及其不同的裕度为每个VST变流器生成电流值、使整流器侧的参考电流的最小值大于逆变器侧的参考电流的最大值。关于主控制器的任何细节，2012年4月11日提交的PCT/CN2012/073796(“Master Control Method for a Series MTDC Sys tem and Element Thereof”)(“串联型MTDC系统的主控制方法及其元件”)的整个描述都可以被引用在本发明中，以便参考。
和现有技术相比，本发明所提出的方案更具可行性，并且更易于在串联型MTDC系统上实施。参照对示例性实施例的描述，本领域技术人员理解本发明的以下优势：
1,根据本发明提出的用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其控制器，提出了多种用于变流器进入/退出串联型MTDC系统的方法。
2,根据本发明提出的用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其控制器，提供了安全可靠的行为，能够实现平滑的进入和退出过程。
3,根据本发明提出的用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其控制器，提出了一种选择辅助变流器的新标准；并且恰当准确的设定△t能够帮助设计者远离潜在的困境。
4,根据本发明提出的用于闭锁/解锁串联型MTDC系统中的变流器的控制方法及其控制器，提出了在进入时的无功功率控制行为。因为大触发角(在启动时有大的恒定DC电流)导致被变流器吸收的大的无功功率，所以在进入时计算的无功功率设定很必要。
尽管基于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，这些实施例不应以任何方式限定本发明的范围。在不背离本发明的精神和理念的情况下，对实施例做出的任何变化和修改都在具有本领域常识和技能的人员理解的范围内，并因此落入所附权利要求限定的本发明范围内。

Claims (12)

1.一种用于闭锁串联型MTDC系统中的单个变流器的控制方法，其中，所述方法包括：
除了目标变流器以外，选择辅助变流器；
使两个变流器的功率下降为零；
触发目标变流器的旁通对，依次控制DC侧的开关，并闭锁所述目标变流器；以及
调节MTDC系统到新的平衡；
其中：
所述辅助变流器是与所述目标变流器位于相同的一极、处于相对位置、及靠近接地极的变流器。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述方法还包括：在闭锁所述目标变流器后，退出所述辅助变流器。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述辅助变流器能够基于它的位置、功率容量、短路容量、电网安全等级和/或经济利益被确定。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，所述辅助变流器靠近接地极；所述辅助变流器具有与所述目标变流器相匹配的功率容量；和/或所述辅助变流器位于具有高短路容量的AC系统中。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，所述辅助变流器的匹配的功率容量与所述目标变流器的功率容量相同，或者高于所述目标变流器的功率容量。
6.一种用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法，其中，所述方法包括：
从目标变流器中选择第一对；
使所选的变流器的功率下降到零；
触发所述第一对的逆变器的旁通对，依次控制DC侧的开关；闭锁逆变器；
触发所述第一对的整流器的旁通对，依次控制DC侧的开关；闭锁整流器；以及
如果存在下一对，则遵照与第一对相同的步骤闭锁下一对；
其中：
具有更低电压水平的一对首先退出。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，目标变流器的每对都位于同一极；所述每对包括整流器和逆变器；每对中的整流器和逆变器的功率容量相匹配。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其中，在具有最低的电压水平的变流器退出后，接地电极转移到其他变流器。
9.一种用于闭锁串联型MTDC系统中的至少两个变流器的控制方法，其中，所述方法包括：
从目标变流器中选择第一对；
使所选的变流器的功率下降到零；
同步触发逆变器和整流器的旁通对，依次控制DC侧的开关；同步闭锁所述第一对的逆变器和整流器；以及
如果存在下一对，则遵照与所述第一对相同的步骤闭锁下一对；
其中：
具有更低电压水平的一对首先退出。
10.一种协调控制器，其中，所述协调控制器被配置成实现根据权利要求1-9任一项所述的用于闭锁串联型MTDC系统中的变流器的方法。
11.根据权利要求10所述的协调控制器，其中，所述协调控制器包括DC电压同步控制模块，所述DC电压同步控制模块被配置成保持目标变流器的两个DC电压相互同步。
12.根据权利要求10或11所述的协调控制器，其中，所述协调控制器接收目标变流器的闭锁反馈，并将信息传送给主控制器。
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