CN105514957B - 一种混合背靠背直流输电系统及潮流反转控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合背靠背直流输电系统，包括背靠背连接的LCC换流器和VSC换流器、第一转换刀闸、第二转换刀闸、第三转换刀闸、第四转换刀闸，第一转换刀闸连接第一交流系统和LCC换流器，第二转换刀闸连接第一交流系统和VSC换流器，第三转换刀闸连接第二交流系统和VSC换流器，第四转换刀闸连接第二交流系统和LCC换流器。功率正送时，闭合第一转换刀闸、第三转换刀闸，功率反送时，闭合第二转换刀闸、第四转换刀闸，保证在任何功率方向下VSC换流器始终为逆变运行，避免了LCC换流器逆变运行时容易出现的换相失败问题。本发明还提供了该混合背靠背直流输电系统的快速潮流反转控制方法。

Description

一种混合背靠背直流输电系统及潮流反转控制方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，特别涉及一种混合直流输电系统及潮流反转控制方法。
背景技术
高压直流输电技术可分为两类：基于晶闸管的电流源型直流输电技术（LCC-HVDC）、基于全控型电力电子器件的柔性直流输电技术（VSC-HVDC）。LCC-HVDC成本低，损耗小，运行技术成熟，目前，世界上正在运行的直流输电系统大部分都是LCC-HVDC 系统，但电流源型直流输电系统（LCC-HVDC）存在逆变侧易换相失败，对交流系统的依赖性强，吸收大量无功，换流站占地面积大等缺点。而新一代VSC-HVDC能够实现有功功率与无功功率解耦控制、无需无功功率补偿结构紧凑占地面积小、不存在换相失败故障等优点，但目前也存在成本较高，损耗偏大等缺陷。因此将LCC-HVDC和VSC-HVDC技术相结合，一端采用LCC换流器、一端采用VSC换流器形成混合直流输电技术，可以综合LCC-HVDC技术成熟，成本低廉，损耗小和VSC-HVDC技术的调节性能好，占地面积小和不存在换相失败故障的优势，将具有广阔的工程应用前景。
混合背靠背直流输电应用中，需要考虑潮流双向输送的情况。为了在潮流正送和反送两种情况下，混合直流输电的逆变侧均不发生换相失败，需要优化混合直流输电系统的结构，并设计相应的潮流反转控制方法。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种混合背靠背直流输电系统及其快速潮流反转控制方法，该系统通过配置转换开关或刀闸实现在潮流正送或反送情况下，使VSC换流器始终逆变运行，避免了LCC换流器逆变运行可能出现的换相失败问题，同时还提供了通过转换刀闸实现快速潮流反转的控制方法。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种混合背靠背直流输电系统，包括背靠背连接的LCC换流器和VSC换流器，还包括第一至第四转换刀闸以及第一、第二交流系统母线，所述第一交流系统母线分别与第一转换刀闸、第二转换刀闸的一端相连接，第一转换刀闸的另一端分别与LCC换流器、第四转换刀闸的一端相连接，第二转换刀闸的另一端分别与VSC换流器、第三转换刀闸的一端相连接，第二交流系统母线分别与第三转换刀闸的另一端、第四转换刀闸的另一端相连接；
功率正送时，第一转换刀闸、第三转换刀闸闭合，第二转换刀闸、第四转换刀闸分开；
功率反送时，第一转换刀闸、第三转换刀闸分开，第二转换刀闸、第四转换刀闸闭合。
作为本发明的进一步优选方案，所述的第一至第四转换刀闸，均为隔离刀闸或断路器，或隔离刀闸和断路器的组合。
作为本发明的进一步优选方案，所述背靠背连接的LCC换流器和VSC换流器直流侧存在至少一个接地点,或者VSC换流器阀侧存在至少一个接地点。
作为本发明的进一步优选方案，所述VSC换流器阀侧存在至少一个接地点是指VSC换流器联结变阀侧交流场采用星形电抗加中性点经电阻接地，或者VSC换流器联结变阀侧绕组中性点经电阻接地。
本发明还提供了基于上述混合背靠背直流输电系统的潮流反转控制方法，所述潮流反转控制方法包括如下步骤：
（1）如接受到潮流反转指令，则进入步骤（2），否则继续处于步骤（1）；
（2）发出停运命令使混合背靠背直流输电系统的LCC和VSC换流器闭锁，进入步骤（3）；
（3）如功率由正送转为反送，进入步骤（4），如功率由反送转为正送，进入步骤（5）；
（4）断开第一转换刀闸Q1、第二转换刀闸Q2、第三转换刀闸Q3及第四转换刀闸Q4，等待设定的反转延时后，闭合第二转换刀闸Q2、第四转换刀闸Q4，进入步骤（6）；
（5）断开第一转换刀闸Q1、第二转换刀闸Q2、第三转换刀闸Q3及第四转换刀闸Q4，等待设定的反转延时后，闭合第一转换刀闸Q1、第三转换刀闸Q3，进入步骤（6）；
（6）重新运行混合背靠背直流输电系统。
上述潮流反转控制方法中，所述设定的反转延时的具体延时时间根据系统分析确定。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
（1）通过采用转换刀闸能够保证不管功率正送还是反送时，VSC换流器始终为逆变运行，避免了LCC换流器逆变运行时容易出现的换相失败问题；
（2）快速潮流反转过程实现简单、可靠。
附图说明
图1是本发明提供的一种混合背靠背直流输电系统示意图；
图2是本发明提供的一种直流侧接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；
图3是本发明提供的一种LCC换流器中点接地，VSC换流器通过阻抗接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；
图4是本发明提供的一种LCC换流器中点接地，VSC换流器通过换流变中性点接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；
图5是本发明提供的一种LCC换流器中点接地，VSC换流器不接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；
图6是本发明提供的一种LCC换流器不接地，VSC换流器通过阻抗接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；
图7是本发明提供的种LCC换流器不接地，VSC换流器通过换流变中性点接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；
图8是本发明提供的一种混合背靠背直流输电系统的潮流反转方法流程图；
其中：LCC为LCC换流器，VSC为VSC换流器，Q1至Q4分别为第一至第四转换刀闸，B1、B2分别为第一、第二交流系统的母线。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
附图1为本发明提供的一种混合背靠背直流输电系统示意图。所述混合背靠背直流输电系统包括通过平波电抗器L背靠背连接的LCC换流器和VSC换流器构成的背靠背输电拓扑，第一转换刀闸Q1、第二转换刀闸Q2、第三转换刀闸Q3和第四转换刀闸Q4；第一转换刀闸Q1一端与第一交流系统的母线B1连接，另一端与LCC换流器的交流侧连接；第二转换刀闸Q2一端与第一交流系统的母线B1连接，另一端与VSC换流器的交流侧连接；第三转换刀闸Q3一端与第二交流系统的母线B2连接，另一端与VSC换流器的交流侧连接；第四转换刀闸Q4一端与第二交流系统的母线B2连接，另一端与LCC换流器的交流侧连接。
定义上述混合背靠背直流输电系统中，有功功率从第一交流系统流向第二交流系统为功率正送，反之为功率反送；功率正送时，第一转换刀闸Q1、第三转换刀闸Q3闭合，第二转换刀闸Q2、第四转换刀闸Q4分开；功率反送时，第一转换刀闸Q1、第三转换刀闸Q3分开，第二转换刀闸Q2、第四转换刀闸Q4闭合。这样不管功率正送还是反送，VSC换流器始终作为受端出于逆变运行，可避免LCC换流器逆变运行方式下易发生换相失败的问题。
上述混合背靠背直流输电系统中，所述的第一转换刀闸Q1、第二转换刀闸Q2、第三转换刀闸Q3、第四转换刀闸Q4，为隔离刀闸或断路器，或隔离刀闸和断路器的组合。上述混合背靠背直流输电系统中，所述的连接关系可通过导线直接连接，也可通过其他的开关或刀闸间接连接，在所述的其他的开关或刀闸闭合时等效为导线直接连接。
上述包括通过平波电抗器L背靠背连接的LCC换流器和VSC换流器构成的背靠背输电拓扑背靠背输电拓扑，可以是图2-图7几种形式的。
附图2是本发明提供的一种直流侧接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图； LCC换流器采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成；LCC换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ 的三绕组变压器与送端交流电网连接。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。VSC换流器通过一台接线方式为Y0 /Δ 的双绕组变压器与受端交流电网连接。LCC换流器和VSC换流器通过平波电抗器L背靠背连接，直流侧正极线或者负极线连接接地点。
附图3是本发明提供的一种LCC换流器中点接地，VSC换流器通过阻抗接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；LCC换流器采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成；十二脉动桥式换流器的上下两个六脉动换流桥的中间连接接地点，LCC换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ 的三绕组变压器与送端交流电网连接。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。VSC换流器通过一台接线方式为Y0 /Δ的双绕组变压器与受端交流电网连接。VSC换流器阀侧通过星形电抗+中性点接地电阻的方式接地。LCC换流器和VSC换流器通过平波电抗器L背靠背连接。
附图4是本发明提供的一种LCC换流器中点接地，VSC换流器通过换流变中性点接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；LCC换流器采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成；十二脉动桥式换流器的上下两个六脉动换流桥的中间连接接地点，LCC换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ 的三绕组变压器与送端交流电网连接。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。VSC换流器通过一台接线方式为Δ/ Y0 的双绕组变压器与受端交流电网连接，变压器阀侧中性点采用电阻接地方式或直接接地方式。LCC换流器和VSC换流器通过平波电抗器L背靠背连接。
附图5是本发明提供的一种LCC换流器中点接地，VSC换流器不接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；LCC换流器采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成；十二脉动桥式换流器的上下两个六脉动换流桥的中间连接接地点，LCC换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ 的三绕组变压器与送端交流电网连接。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。VSC换流器通过一台接线方式为Δ/ Y0 的双绕组变压器与受端交流电网连接，VSC 换流器侧不接地，LCC换流器和VSC换流器通过平波电抗器L背靠背连接。
附图6是本发明提供的一种LCC换流器不接地，VSC换流器通过阻抗接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；LCC换流器采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成；LCC换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ 的三绕组变压器与送端交流电网连接。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流，LCC换流器侧不接地。VSC换流器通过一台接线方式为Y0 /Δ 的双绕组变压器与受端交流电网连接。VSC换流器阀侧通过星形电抗+中性点接地电阻的方式接地。LCC换流器和VSC换流器通过平波电抗器L背靠背连接。
附图7是本发明提供的种LCC换流器不接地，VSC换流器通过换流变中性点接地的混合背靠背直流输电拓扑示意图；LCC换流器采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成；LCC换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ 的三绕组变压器与送端交流电网连接。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流，LCC换流器侧不接地。VSC换流器通过一台接线方式为Y0 /Δ 的双绕组变压器与受端交流电网连接，变压器阀侧中性点采用电阻接地方式或直接接地方式。LCC换流器和VSC换流器通过平波电抗器L背靠背连接。
如附图8所示，本发明提供的一种混合背靠背直流输电系统的潮流反转方法包括：
步骤101：如接受到潮流反转指令，则进入步骤102，否则继续处于步骤101；
步骤102：发出停运命令使混合背靠背直流输电系统的LCC和VSC换流器闭锁；
步骤103：功率由正送转为反送，顺次执行步骤104a、104b和104c，如功率由反送转为正送，顺次执行步骤105a、105b和105c；
步骤104a：断开所有转换刀闸，即分开第一转换刀闸Q1、第二转换刀闸Q2、第三转换刀闸Q3和第四转换刀闸Q4；
步骤104b：等待设定的反转延时；
步骤104c：闭合第二转换刀闸Q2、第四转换刀闸Q4，进入步骤106；
步骤105a：断开所有转换刀闸，即分开第一转换刀闸Q1、第二转换刀闸Q2、第三转换刀闸Q3和第四转换刀闸Q4；
步骤105b：等待设定的反转延时；
步骤105c：闭合第一转换刀闸Q1、第三转换刀闸Q3，进入步骤106；
步骤106：重新运行混合背靠背直流输电系统。
上述步骤104b和步骤105b中，反转延时的具体延时时间需根据系统分析确定，例如需考虑换流器阻尼回路的放电时间，交流滤波器再次投入前电容的放电时间等，较优的取值范围为1s至60min。
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)

1.一种混合背靠背直流输电系统，其特征在于：包括背靠背连接的LCC换流器和VSC换流器，还包括第一至第四转换刀闸以及第一、第二交流系统母线，所述第一交流系统母线分别与第一转换刀闸、第二转换刀闸的一端相连接，第一转换刀闸的另一端分别与LCC换流器、第四转换刀闸的一端相连接，第二转换刀闸的另一端分别与VSC换流器、第三转换刀闸的一端相连接，第二交流系统母线分别与第三转换刀闸的另一端、第四转换刀闸的另一端相连接；
功率正送时，第一转换刀闸、第三转换刀闸闭合，第二转换刀闸、第四转换刀闸分开；
功率反送时，第一转换刀闸、第三转换刀闸分开，第二转换刀闸、第四转换刀闸闭合。
2.如权利要求1所述的一种混合背靠背直流输电系统，其特征在于：所述的第一至第四转换刀闸，均为隔离刀闸或断路器，或隔离刀闸和断路器的组合。
3.如权利要求1所述的一种混合背靠背直流输电系统, 其特征在于：所述背靠背连接的LCC换流器和VSC换流器直流侧存在至少一个接地点,或者VSC换流器阀侧存在至少一个接地点。
4.如权利要求3所述的一种混合背靠背直流输电系统,其特征在于：所述VSC换流器阀侧存在至少一个接地点是指VSC换流器联结变阀侧交流场采用星形电抗加中性点经电阻接地，或者VSC换流器联结变阀侧绕组中性点经电阻接地。
5.一种基于权利要求1所述的混合背靠背直流输电系统的潮流反转控制方法，其特征在于：所述潮流反转控制方法包括如下步骤：
（1）如接受到潮流反转指令，则进入步骤（2），否则继续处于步骤（1）；
（2）发出停运命令使混合背靠背直流输电系统的LCC和VSC换流器闭锁，进入步骤（3）；
（3）如功率由正送转为反送，进入步骤（4），如功率由反送转为正送，则进入步骤（5）；
（4）断开第一转换刀闸、第二转换刀闸、第三转换刀闸及第四转换刀闸，等待设定的反转延时后，闭合第二转换刀闸、第四转换刀闸，进入步骤（6）；
（5）断开第一转换刀闸、第二转换刀闸、第三转换刀闸及第四转换刀闸，等待设定的反转延时后，闭合第一转换刀闸、第三转换刀闸，进入步骤（6）；
（6）重新运行混合背靠背直流输电系统。
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