CN105633994A - Fmmc-lcc型混合直流输电系统启动方法 - Google Patents

Fmmc-lcc型混合直流输电系统启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法，送端为全桥子模块式模块化多电平换流器FMMC，受端电网侧为电网换相型换流器LCC，送端交流侧配置有交流充电电源。本发明借助FMMC换流器中全桥子模块结构特点，在受端LCC不进行极性反接时，依然可以通过其所建立的负向直流电压对FMMC子模块电容进行充电；同时通过FMMC快速控制能力，可以在切换为正常运行模式时对直流线路电压进行瞬间反转。这不仅避免了辅助设备如大容量充电电源或直流操作开关的使用，降低了成本，也使得整个混合系统的启动操作简单、清晰、容易实现。

Description

FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法
技术领域
本发明涉及一种用于海上风电送出的FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法。
背景技术
基于电压源型换流器和电流源型换流器的混合直流输电技术结合了传统直流输电技术成熟、成本低廉和柔性直流输电技术调节性能优良、无换相失败、拓展性强的特点，是一种具备较高技术经济性的优化配置方案。VSC-LCC型混合直流输电技术送端采用电压源型换流器VSC，可以进行交流母线电压控制，受端采用电网换相型换流器LCC，接入大电网时无需考虑换相失败问题，因此该混合直流输电系统非常适合于海上风力发电、大规模光伏发电等新能源的并网方案。
平稳可靠的启动控制是混合直流输电系统正常运行的前提和基础，对VSC换流器而言，其启动意味着对其直流侧电容的充电控制。然而应用于海上风电送出时，风电场侧不具备交流电网，因此无法为VSC的电容充电提供稳定的交流电源；同时，系统正常运行时LCC作为逆变站运行，功率只能单方向流动，无法在不改变直流电压极性的条件下提供反向潮流为VSC充电。
为此业界提出两种方案：一种是在风电场侧或直流侧配置VSC的辅助充电电源，为VSC提供充电功率，但这对充电电源容量要求较高，无疑会增加系统的投资；一种是在直流线路上配置直流极性反接开关，利用开关的操作，在启动过程对LCC极性反接，使其工作于整流状态对VSC充电，充电完毕后再恢复极性运行，但该方案对启动过程的配合度要求很高，启动复杂，且需要配备直流断路器，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法，用以解决现有技术中需要配置LCC极性反接开关的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法，送端为全桥子模块式模块化多电平换流器FMMC，受端电网侧为电网换相型换流器LCC，送端交流侧配置有交流充电电源，启动步骤如下：
1)首先解锁LCC并使其工作于定直流电压控制的整流状态，在直流线路上逐渐建立起反向直流电压为FMMC子模块电容充电；
2)当FMMC子模块电容充电完毕后，闭锁LCC，暂时性闭锁FMMC并投入送端交流充电电源，之后解锁FMMC并进行定直流电压控制，在直流线路上建立额定的正向直流电压；
3)送端机组自启动控制使其定子电压跟踪FMMC交流侧电压，在满足并网条件后，送端机组接入FMMC交流系统，且控制其不出力；
4)解锁LCC并使其工作于定功率控制的逆变状态，控制送端机组按LCC的功率指令同步增大有功出力；
5)待系统稳定后，切除风电场侧交流充电电源，同时FMMC切换为定交流电压控制，电压指令为交流系统额定值；LCC切换为定直流电压控制，启动过程完成。
步骤1)中，为避免充电过程产生过流，直流电压指令从零开始按设定斜率增加至额定值。
送端为风电场。
FMMC-LCC型混合直流输电系统为对称双极性接线、对称单极性接线或非对称单极性接线。
与现有技术相比，本发明借助FMMC换流器中全桥子模块结构特点，在受端LCC不进行极性反接时，依然可以通过其所建立的负向直流电压对FMMC子模块电容进行充电；同时通过FMMC快速控制能力，可以在切换为正常运行模式时对直流线路电压进行瞬间反转。这不仅避免了辅助设备如大容量充电电源或直流操作开关的使用，降低了成本，也使得整个混合系统的启动操作简单、清晰、容易实现。另外，FMMC换流器的使用也使得混合直流输电系统具有良好的直流短路故障穿越能力，提高系统运行可靠性。送端交流侧交流充电电源仅作为FMMC运行时功率损耗的补充电源，并不参与FMMC充电过程，因此容量需求很小。
附图说明
图1为本发明所涉及的混合直流输电系统的一种对称单极性接线结构示意图；
图2为FMMC换流器结构图；
图3为FMMC的充电回路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本实施例送端以海上风电场为例进行说明。
图1是本发明启动方法所针对的混合直流输电系统拓扑，以对称单极性接线为例。图1中，混合直流输电系统包括基于全桥子模块式模块化多电平换流器的送端、基于电网换相型换流器的受端和直流线路，且风电场侧配置有小容量交流充电电源。其中送端换流器位于海上风电场侧，受端换流器连接至大电网，正常运行时送端换流器将风电能源转换为直流功率，经直流输电线路传输至受端换流器直流侧，受端换流器将其转换为交流功率输送至交流电网。所述基于全桥子模块式模块化多电平换流器FMMC的结构如图2所示。
本发明所提出的启动方法具体的步骤为：
步骤1：启动前，整个系统处于停运状态，两侧换流器分别处于闭锁状态，交流充电电源不接入FMMC交流系统，风电机组也未投入运行。
步骤2：启动命令有效后，解锁LCC并使其工作于定直流电压控制的整流状态，在直流线路上逐渐建立起反向直流电压-udc(其中udc为正)，为FMMC子模块电容进行充电。为了避免充电过程电气冲击，直流电压指令自零开始斜坡上升至额定值。图3给出了此过程中FMMC的充电回路示意图。可以看出，LCC工作于整流状态所建立的反向直流电压与FMMC各相单元均形成了充电回路，通过各相单元中全桥子模块IGBT2和IGBT3的反并联二极管为其电容器充电。
步骤3：当FMMC子模块电容充电完毕后，闭锁LCC，同时暂时性闭锁FMMC并迅速投入风电场侧交流充电电源，待充电电源接入后迅速解锁FMMC并进行定直流电压控制，在直流线路上建立额定的正向直流电压Udc，此时的交流充电电源仅为FMMC提供损耗所需的功率。
步骤4：随后风电场机组自启动控制使其定子电压跟踪FMMC所建立的交流电压，在满足并网条件后，风电场机组接入FMMC交流系统，并控制其有功出力为零。
步骤5：风电场接入后，解锁LCC并使其工作于定功率控制的逆变状态，功率指令pref斜坡增大，同时控制风电场机组按LCC的功率指令pref同步增大有功出力，这样风电机组发出的有功功率可以及时的被FMMC和LCC换流器进行转换并最终输送至陆上电网，使得风电场侧的交流充电电源并不参与直流系统的功率输送，仅需为FMMC提供运行中的损耗功率即可。
步骤6：在系统运行稳定后，切除风电场侧交流充电电源，同时将FMMC切换为定交流电压控制，电压指令为交流系统额定值；将LCC切换为定直流电压控制，电压指令为直流系统额定值，如此混合直流系统可以稳定自主的进行风电机组有功出力向陆上电网的传输，启动过程完成。
本实施例的用于海上风电送出的FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法操作简单、清晰，能实现FMMC-LCC型混合直流输电系统的平滑可靠启动，同时仅使用了一台小容量交流充电电源，且无需配置直流场极性反接开关，可有效降低系统成本，提高经济性。
上述实施例的启动方法同样适用于对称双极性接线或非对称单极性接线的FMMC-LCC型混合直流输电拓扑。
风电场侧交流充电电源仅作为FMMC运行时功率损耗的补充电源，并不参与FMMC充电过程，因此容量需求很小。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法，送端为全桥子模块式模块化多电平换流器FMMC，受端电网侧为电网换相型换流器LCC，送端交流侧配置有交流充电电源，其特征在于，启动步骤如下：
1)首先解锁LCC并使其工作于定直流电压控制的整流状态，在直流线路上逐渐建立起反向直流电压为FMMC子模块电容充电；
2)当FMMC子模块电容充电完毕后，闭锁LCC，暂时性闭锁FMMC并投入送端交流充电电源，之后解锁FMMC并进行定直流电压控制，在直流线路上建立额定的正向直流电压；
3)送端机组自启动控制使其定子电压跟踪FMMC交流侧电压，在满足并网条件后，送端机组接入FMMC交流系统，且控制其不出力；
4)解锁LCC并使其工作于定功率控制的逆变状态，控制送端机组按LCC的功率指令同步增大有功出力；
5)待系统稳定后，切除风电场侧交流充电电源，同时FMMC切换为定交流电压控制，电压指令为交流系统额定值；LCC切换为定直流电压控制，启动过程完成。
2.根据权利要求1所述的FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法，其特征在于，步骤1)中，为避免充电过程产生过流，直流电压指令从零开始按设定斜率增加至额定值。
3.根据权利要求1所述的FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法，其特征在于，送端为风电场。
4.根据权利要求1所述的FMMC-LCC型混合直流输电系统启动方法，其特征在于，FMMC-LCC型混合直流输电系统为对称双极性接线、对称单极性接线或非对称单极性接线。
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