CN105762824A - 一种混合直流输电系统控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合直流输电系统控制方法及装置，所述混合直流输电系统依据另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；或者依据直流电流或直流功率的大小来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；或者同时依据直流电流的大小和另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。本发明提供的方法能够有效的控制系统的直流电压和直流电流，避免混合直流输电系统功率输送的中断。

Description

一种混合直流输电系统控制方法及装置
技术领域
本发明属于直流输电领域，涉及一种应用在至少一端为模块化多电平换流器组成的直流输电系统中的控制方法及装置，特别涉及一种混合直流输电系统控制方法及装置。
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。
现有的混合直流输电系统存在一个问题：当LCC所在的送端交流系统发生故障，尤其是较严重的接地故障时，LCC输出的直流电压将随交流电压下降。而现有的VSC-HVDC技术中，VSC换流器直流侧电压不能根据直流参考电压直接独立控制，仅能通过改变电容电压或子模块电容电压来间接控制，此外还受电压调制比运行范围的限制，直流电压不能出现较大幅度的降低。因而，在送端交流系统电压跌落较多的情况下，将出现LCC整流站最大直流电压小于VSC逆变站的现象，同时，由于LCC换流器的电流单向导通性，直流电流将快速下降至0，出现功率传输中断。功率传输中断时间几乎与故障持续时间相同。与换相失败相比，对所连交流系统产生的影响将会更大。因此需要寻找一种有效的控制方法,来避免此种情况下的功率传输中断。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种混合直流输电系统控制方法及其控制装置，能够有效的控制模块化多电平换流器输出的直流电压和直流电流，有效的避免LCC侧交流故障时出现的功率输送中断问题。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种混合直流输电系统控制方法，所述混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，所述整流换流站包括至少一组电流源型换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组模块化多电平换流器单元；其特征在于混合直流输电系统依据另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；或者依据直流电流或直流功率的大小来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；或者同时依据直流电流的大小和另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。
上述混合直流输电系统控制方法中：所述另一端整流站的直流电压是指另一端整流站实测的直流电压值或者计算出的直流电压值。
上述混合直流输电系统控制方法中：所述模块化多电平换流器投入子模块的总个数是指模块化多电平换流器的每一个相单元中实际投入运行且输出的电平不为零的所有子模块的个数。
上述混合直流输电系统控制方法中：构成模块化多电平换流器桥臂的子模块采用具有输出负电平能力的子模块。
本发明还提供了一种混合直流输电系统控制装置，其特征在于：包括采集单元、判别单元、总控单元，其中：
所述采集单元用于采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、模块化多电平换流器所连接交流电网的交流电流以及模块化多电平换流器的子模块电容电压；
所述判别单元用于依据采集单元所采集的相关模拟量的状态进而判断混合直流输电系统输送的直流功率或直流电流是否与参考值存在偏差；
所述总控单元依据另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者依据直流电流或直流功率的大小来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者同时依据直流电流的大小和另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
（1）采用本发明提供的控制方法，模块化多电平换流器输出的直流电压可以实现-Ud到+Ud的大范围变化，能够有效的避免LCC侧交流故障时出现的功率输送中断问题；
（2）采用本发明提供的控制方法，混合直流输电系统能够有效的控制直流电流及直流功率；
（3）采用本发明提供的控制方法，混合直流输电系统的电压极性可以实现简单快速的反转。
附图说明
图1是对称单极接线的混合两端直流输电系统示意图；
图2是对称双极接线的混合两端直流输电系统示意图；
图3是本发明一种混合直流输电系统控制方法逻辑框图
图4是本发明一种混合直流输电系统控制装置的结构框图。
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。
混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，逆变换流站通过变压器连接受端交流电网，所述整流换流站包括至少一组电流源型换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组模块化多电平换流器单元。
一般的，整流换流站采用基于晶闸管器件的电流源型换流器，电流源型换流器可以为六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路或者双十二脉动桥式电路；而逆变换流站采用基于全控型电力电子器件的模块化多电平换流器，构成电压源型换流器桥臂的子模块是具有输出负电平能力的子模块，如全桥型子模块、箝位双子模块型子模块，双箝位双子模块型子模块。而构成子模块的开关器件是全控型开关器件，比如IGBT、IGCT、IEGT或GTO。
图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统是比较常见的混合直流输电系统，本发明适用于如图1和图2所示的混合直流输电系统，但不限于这两种输电系统，方法适用于所有的混合直流输电系统。下面以图2作为具体实施例进行说明。
如图2所示，混合直流输电系统包括：整流换流站和逆变换流站，两者通过两条直流输电线路相连，其中：整流换流站用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路传送给逆变换流站，送端交流电网进站的母线上可连接有无源滤波器，也可能没有,需根据系统工程条件来确定,当电流源型换流器由晶闸管换流器组成时，一般需要装设无源滤波器，有时还需要装设无功补偿电容器。图2中整流换流站由两组晶闸管换流器单元串联组成，其串联节点连接接地极，串联后的正负两端均通过平波电抗器与直流输电线路相连接；同时在直流线路与大地之间装设有直流滤波器。
晶闸管换流器单元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，晶闸管换流器采用定直流功率控制策略控制。晶闸管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，且变压器一次侧分别装设有交流断路器。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。
逆变换流站用于将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网，其由两组电压源型换流器串联组成，其串联节点连接接地极，电压源型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，在变压器一次侧分别装设有交流断路器，电压源型换流器采用定子模块电容平均电压和定无功功率控制策略控制。
当整流换流站所在的送端交流系统发生较严重的接地故障时，晶闸管换流器单元输出的直流电压将随交流电压大幅下降，导致整流侧的直流电压小于逆变侧模块化多电平换流器输出的电压，此时混合直流输电系统的直流电流将小于系统给定的参考值，因此逆变站的直流电流控制器将开始调节，并减小直流电压参考值UREF,此时模块化多电平换流器每一个相单元投入的输出电平不为零的所有子模块的个数为N_SUM=UREF/UC,其中，Uc为子模块电容电压值，由于系统交流侧采用定子模块电容平均电压控制，因此可以将Uc看作定值。由于直流电压参考值UREF的减小，因此模块化多电平换流器投入子模块的总个数N_SUM将减小，即模块化多电平换流器实际产生的直流电压值将减小，重而使得混合直流输电系统输送的直流电流回归至参考值附近，避免了系统功率输送的中断。整个控制逻辑框图如图3所示。
上述混合直流输电系统控制方法中，还可以依据整流站实测的直流电压值或计算出的直流电压值来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。
上述混合直流输电系统控制方法中，还可以同时依据直流电流的大小和另一端整流站实测的直流电压值或计算出的直流电压值来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。
下面以图2所示的混合直流输电系统为具体实施例，对所述控制方法的具体实施方式做进一步的详细说明。假设图2所示的混合直流输电系统中，逆变侧模块化多电平换流器每个桥臂共有子模块200个，其中每个子模块的电容电压额定为1.6kV,则正常运行时，该系统的额定直流电压值为320kV，也即系统的直流电压参考值UREF为320kV，正常运行时，模块化多电平换流器每一个相单元投入的输出电平不为零的所有子模块的个数N_SUM=UREF/UC=200，假设此时交流电流控制内环输出的调制电压折合子模块的个数NREF为85，则模块化多电平换流器上桥臂需投入的子模块个数NP=0.5*200-85=15，模块化多电平换流器下桥臂需投入的子模块个数NP=0.5*200+85=185，即此时逆变侧模块化多电平换流器上桥臂投入15个输出正电平的子模块，下桥臂投入185个输出正电平的子模块。当整流换流站所在的送端交流系统发生较严重的接地故障时，晶闸管换流器单元输出的直流电压将随交流电压大幅下降，导致整流侧的直流电压小于逆变侧模块化多电平换流器输出的电压，此时混合直流输电系统的直流电流将小于系统给定的参考值，如图3所示逻辑框图中的直流电流控制器将开始调节，此时逆变侧模块化多电平换流器的直流电压参考值UREF将小于320kV，模块化多电平换流器每一个相单元投入的输出电平不为零的所有子模块的个数N_SUM=UREF/UC<200,例如N_SUM=125，即此时混合直流输电系统的直流电压由320kV降为了200kV,此时逆变侧模块化多电平换流器输出的电压将与整流侧的直流电压相当，混合直流系统输送的直流电流将恢复至直流电流参考值。假设此时交流电流控制内环输出的调制电压折合子模块的个数NREF仍为85，则模块化多电平换流器上桥臂需投入的子模块个数NP=0.5*125-85=-23(四舍五入)，模块化多电平换流器下桥臂需投入的子模块个数NP=0.5*125+85=148(四舍五入)，即此时逆变侧模块化多电平换流器上桥臂投入23个输出负电平的子模块，下桥臂投入148个输出正电平的子模块。
本发明还提供了一种混合直流输电系统控制装置，如图4所示，其包括采集单元、判别单元、总控单元，其中：
所述采集单元用于采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、模块化多电平换流器所连接交流电网的交流电流以及模块化多电平换流器的子模块电容电压；
所述判别单元用于依据采集单元所采集的相关模拟量的状态进而判断混合直流输电系统输送的直流功率或直流电流是否与参考值存在偏差；
所述总控单元依据另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者依据直流电流或直流功率的大小来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者同时依据直流电流的大小和另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。
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 (10)

1.一种混合直流输电系统控制方法，其特征在于：所述混合直流输电系统依据另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者依据直流电流或直流功率的大小来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者同时依据直流电流的大小和另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。
2.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统控制方法,其特征在于：
所述混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，所述整流换流站包括至少一组电流源型换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组模块化多电平换流器单元。
3.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统控制方法,其特征在于：
所述另一端整流站的直流电压是指另一端整流站实测的直流电压值或者计算出的直流电压值。
4.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统控制方法,其特征在于：所述模块化多电平换流器投入子模块的总个数是指模块化多电平换流器的每一个相单元中实际投入运行且输出的电平不为零的所有子模块的个数。
5.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统控制方法,其特征在于：构成模块化多电平换流器桥臂的子模块采用具有输出负电平能力的子模块。
6.一种混合直流输电系统控制装置，其特征在于：包括采集单元、判别单元、总控单元，其中：
所述采集单元用于采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、模块化多电平换流器所连接交流电网的交流电流以及模块化多电平换流器的子模块电容电压；
所述判别单元用于依据采集单元所采集的相关模拟量的状态进而判断混合直流输电系统输送的直流功率或直流电流是否与参考值存在偏差；
所述总控单元依据另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者依据直流电流或直流功率的大小来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性；
或者同时依据直流电流的大小和另一端整流站的直流电压来实时调整模块化多电平换流器投入子模块的总个数及投入子模块输出电平的极性。
7.如权利要求6所述的一种混合直流输电系统控制装置，其特征在于：所述混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，所述整流换流站包括至少一组电流源型换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组模块化多电平换流器单元。
8.如权利要求6所述的一种混合直流输电系统控制装置，其特征在于：所述另一端整流站的直流电压是指另一端整流站实测的直流电压值或者计算出的直流电压值。
9.如权利要求6所述的一种混合直流输电系统控制装置，其特征在于：所述模块化多电平换流器投入子模块的总个数是指模块化多电平换流器的每一个相单元中实际投入运行且输出的电平不为零的所有子模块的个数。
10.如权利要求6所述的一种混合直流输电系统控制装置，其特征在于：构成模块化多电平换流器桥臂的子模块采用具有输出负电平能力的子模块。
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