CN105429165B - 一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑及控制方法 - Google Patents

一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑及控制方法，本方法具体是先平稳启动两端LCC‑VSC1混合直流输电系统，当有新增的VSCn换流站及所连无源网络n投入时，通过交流开关和限流电阻从直流侧引入直流电源向新增的VSCn换流器稳压电容充电，无需增设辅助电源，且由于开关均作用于接通回路，不用于关断电路，限流电阻限制充电电流在1kA以内，故可使用交流开关，无需使用直流开关。向多落点无源网络供电的多端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

一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑及 控制方法
技术领域
本发明属于电力工程技术领域。具体涉及一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑结构及启动方法(基于多个晶闸管的电流源型换流器LCC和多个全控型电力电子器件的电压源型换流器VSC的多端混合高压直流输电技术Hybrid HVDC)。
背景技术
多端混合直流输电系统根据不同的运用场景有多种不同的拓扑结构，当运用于向多落点无源网络供电时，可采用如下拓扑：整流侧采用一个电网换向换流器LCC(linecommuted converter)作为功率集中输送端、逆变侧采用多个电压源型换流器VSC(voltagesource converter)连接多个无源网络。该多端直流输电系统采用放射式并联结构。并联的换流站运行于相同的直流电压。各换流站传输功率根据各无源网络的需求自动调节。
整流侧LCC换流器输送功率高于两电平或三电平VSC换流器、技术成熟可靠、成本低，适合作为功率集中发送端；逆变侧VSC换流器电流能够自关断，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，电能质量好，适合向无源网络供电。多端LCC-VSC混合型高压直流输电对于海上电网相连来说具有很大优势，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。因此向多落点无源网络供电的多端LCC-VSC型混合直流输电在我国有着广泛的运用前景。
多端混合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。目前已有的两端常规直流输电系统启动方法、柔性直流输电启动方法不能直接运用于多端LCC-VSC型混合直流输电系统。多端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；不同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。
如何平稳启动多端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,提供一种能使向多落点无源网络供电的多端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的拓扑结构及控制方法，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。
本发明提供的技术方案是：
一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统，其特征在于，包括整流侧以及多端连接在整流站侧的逆变站侧；其中，
所述整流站侧包括两个六脉动LCC换流器串联且中性点接地并分别接一个换流变压器后接在交流系统上；两个六脉动LCC换流器的输出分别接平波电抗器后接多端逆变站侧；所述LCC换流器交流侧还安装有交流滤波器；
多端逆变站侧为多组并联，其中，第一组包括依次连接的直流电路和VSC1换流器；……；第n组包括依次连接的直流电路和VSCn换流器；稳压电容并联于直流线路和地之间；VSC换流器的输出依次连接变压器和相电抗器的等效电阻、等效电感、无源网络等效电阻、等效电抗；多个VSC换流器交流侧均安装有交流滤波器；除第一组逆变站侧外，其余第2组至第n组的直流线路正负极各串联一个限流电阻后与六脉动LCC换流器输出连接；所述限流电阻两端并联一个限流开关。
在上述的一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑，所述LCC换流器则采用定直流电压斜率；所述VSC1、VSCn换流器采用定交流电压斜率控制。
一种基于向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：整个系统处于停机状态，LCC换流器通过变压器接交流系统且处于闭锁状态；多个VSC换流器接多落点无源网络且处于闭锁状态。
步骤2：闭合LCC换流器并采用定直流电压斜率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以75kV/s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°。
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，启动VSC1换流器，做定交流电压控制，且交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值为0pu；有功功率逐渐由整流侧传输至VSC1所接无源网络。
步骤4：后期新增VSCn换流站投入时，开关闭合；限流开关断开，从直流线路引入直流电源为新投入的VSCn换流器稳压电容充电，限流电阻投入为抑制冲击电流。
步骤5：待VSCn换流器直流电压升至额定值时，限流开关闭合，限流电阻退出，同时解锁VSCn逆变器做定交流电压斜率控制，交流电压d轴分量以200kV/s速率由零逐渐升高至额定值，功率逐渐由LCC侧传输至VSCn侧无源网络n，启动过程完成。
因此，本发明具有如下优点：1，所述向多落点无源网络供电的多端LCC-VSC型混合直流输电系统，方便扩建，当有新增的VSC换流站及所连无源网络投入时，只需将其并联至原有系统直流公共节点处即可。2，设计了多端LCC-VSC型高压直流输电系统分期启动控制策略：先平稳启动两端LCC-VSC1混合直流输电系统，当有新增的VSCn换流站及所连无源网络n投入时，通过交流开关和限流电阻从直流侧引入直流电源向新增的VSCn换流器稳压电容充电，无需增设辅助电源，且由于开关均作用于接通回路，不用于关断电路，限流电阻限制充电电流在1kA以内，故可使用交流开关，无需使用直流开关。向多落点无源网络供电的多端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。
图4为本发明涉及的启动控制系统框图
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为整个向多落点无源网络供电的多端LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑图，图中，交流系统1，交流滤波器2，换流变压器3，LCC换流器4，平波电抗器5，VSC1换流器6，VSC1侧连接变压器和相电抗器的等效电阻7，VSC侧连接变压器和相电抗器的等效电感8。无源网络1等效电阻、等效电抗分别为9、10，VSCn换流器6n，VSCn侧连接变压器和相电抗器的等效电阻11，VSCn侧连接变压器和相电抗器的等效电感12。无源网络n等效电阻、等效电抗分别为13、14，VSCn直流侧交流开关15、16，限流电阻17，直流侧稳压电容18。
其中，有功潮流由LCC换流器4流向VSC换流器6、6n，交流滤波器2安装在LCC换流器4与VSC换流器6、6n交流侧，直流侧稳压电容18和平波电抗器5分别并联和串联在直流线路上，开关15和限流电阻16串联在直流线路上，开关16与限流电阻17并联。
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；所述多个逆变站侧均采用三相两电平的VSC换流器构成向多落点无源网络供电的多端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换流器则采用定直流电压斜率控制，VSC换流器定交流电压斜率控制。
图4为向多落点无源网络供电多端混合直流输电控制系统框图。
向多落点无源网络供电的多端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五个步骤。
步骤1：整个系统处于停机状态，LCC换流器通过变压器接交流系统且处于闭锁状态；多个VSC换流器接多落点无源网络且处于闭锁状态。
步骤2：闭合LCC换流器并采用定直流电压斜率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以75kV/s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°。
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，启动VSC1换流器，做定交流电压控制，且交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值为0pu；有功功率逐渐由整流侧传输至VSC1所接无源网络。
步骤4：后期新增VSCn换流站投入时，开关15闭合；限流开关16断开，从直流线路引入直流电源为新投入的VSCn换流器稳压电容充电，限流电阻17投入为抑制冲击电流。
步骤5：待VSCn换流器直流电压升至额定值时，限流开关16闭合，限流电阻17退出，同时解锁VSCn逆变器做定交流电压斜率控制，交流电压d轴分量以200kV/s速率由零逐渐升高至额定值，功率逐渐由LCC侧传输至VSCn侧无源网络n，启动过程完成。
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 (1)

1.一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑的控制方法，其特征在于，基于一种向多落点无源网络供电的多端混合直流输电系统拓扑，包括整流站侧以及多端连接在整流站侧的逆变站侧；其中，
所述整流站侧包括两个六脉动LCC换流器串联且中性点接地并分别接一个换流变压器后接在交流系统上；两个六脉动LCC换流器的输出分别接平波电抗器后接多端逆变站侧；所述LCC换流器交流侧还安装有交流滤波器；
多端逆变站侧为多组并联，其中，第1组包括依次连接的直流电路和VSC1换流器；……；第n组包括依次连接的直流电路和VSCn换流器；稳压电容并联于直流线路和地之间，且VSC1换流器至VSCn换流器均设有稳压电容；VSC换流器的输出依次连接变压器和相电抗器的等效电阻、等效电感、无源网络等效电阻、等效电抗；多个VSC换流器交流侧均安装有交流滤波器；除第一组逆变站侧外，其余第2组至第n组的直流线路正负极各串联一个限流电阻后与六脉动LCC换流器输出连接；所述限流电阻两端并联一个限流开关；
所述LCC换流器则采用定直流电压斜率控制；所述VSC1、VSCn换流器采用定交流电压斜率控制；
该方法包括以下步骤：
步骤1：整个系统处于停机状态，LCC换流器通过变压器接交流系统且处于闭锁状态；多个VSC换流器接多落点无源网络且处于闭锁状态；
步骤2：闭合LCC换流器并采用定直流电压斜率控制为稳定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以75kV/s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°；
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，启动VSC1换流器，做定交流电压控制，且交流电压的d轴分量指令值以200kV/s 由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值为0pu；有功功率逐渐由整流站侧传输至VSC1所接无源网络；
步骤4：后期新增VSCn换流器投入时，直流侧交流开关开启；限流开关断开，从直流线路引入直流电源为新投入的VSCn换流器稳压电容充电，限流电阻投入为抑制冲击电流；
步骤5：待VSCn换流器直流电压升至额定值时，限流开关闭合，限流电阻退出，同时解锁VSCn换流器做定交流电压斜率控制，交流电压d轴分量以200kV/s速率由零逐渐升高至额定值，功率逐渐由LCC换流器侧传输至VSCn换流器侧无源网络n，启动过程完成。
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