CN105870958B - 实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法和系统，在对逆变侧的换流器进行控制时，将逆变侧的换流器进行选择，一个是主换流器，另一个是从换流器，其中对于主换流器，根据对应的电压误差信号与附加不平衡信号的叠加值来生成对应的触发脉冲以对主换流器进行触发控制；对于从换流器，根据对应的电压误差信号与上述附加不平衡信号的差值来生成对应的触发脉冲以对从换流器进行触发控制；这种控制方式能够对逆变侧的换流器进行有效控制，能够实现并联四端直流输电系统电流的不平衡运行，实现了直流输电系统的电能的自由分配，保证了电能输送的效率。

Description

实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法和系统，属于并联多端直流输电系统电流控制领域。

背景技术

并联多端高压直流输电系统是由多个双端直流系统并联而成，同时具有并联多端系统和常规双端系统的结构特点，其主要应用在直流输电工程的分期建设和直流融冰中。并联多端直流输电系统如果充分借鉴双端直流控制系统的设计经验，能够实现多端直流控制方式的“双端化”，这将大大降低控制系统设计的复杂度，具有重大的实际应用价值，如规划的青藏直流二期扩展工程。

并联多端高压直流输电系统中较为常用的是并联四端直流输电系统，这种并联四端直流输电系统可以看作是由两个双端高压直流系统并联而成。如图1所示，其为一种典型的并联四端高压直流输电系统，该直流输电系统整体上包括直流场和交流场，直流场为整流站，用于将交流电网整流成直流电；交流场为逆变站，用于将直流电逆变为交流电，然后输出。由于整流和逆变是相反的作用，所以，图1中的整流站也可用作逆变，逆变站也可用作整流，但是，在以图1进行说明时，该直流输电系统包括两对整流站和逆变站，其中，整流站包括换流器1和换流器2，换流器1和换流器2并联；逆变站包括换流器3和换流器4，换流器3和换流器4并联。由于整流站或逆变站中的换流器之间为并联关系，所以，整流站中的所有的换流器上的电压是相同的，逆变站中的所有的换流器上的电压是相同的。

整流站和逆变站均配置有对应的控制系统，控制系统产生的控制触发脉冲用于控制整流站和逆变站中换流器中的晶闸管的导通，以实现整流或者逆变。

现有并联四端高压直流输电系统的调节技术之一是整流侧两个换流器的控制器独立设置且都采用控电流模式进行电流控制；逆变侧两个换流器的控制器也是独立设置，其中必须有一个换流器采用控电压模式进行电压控制，另一个换流器则采用控电流模式进行电流控制。

现有并联四端高压直流输电系统的调节技术之二是整流侧两个换流器的控制器独立设置且都采用控电流模式进行电流控制；逆变侧两个换流器的控制器独立设置且都采用控电压模式进行电流控制。

上述两种控制方案都存在各自的不足之处：方案一：整流侧和逆变侧四个换流器中逆变侧一个换流器控电压，该系统中的另外三个换流器控电流，这种控制策略能实现逆变侧两个换流器中的电流不平衡运行，但是由于一个换流器控电流、另一个换流器控电压，在一个极双换流器运行时就必须对两个换流器的控制方式分别进行设定，另外在系统运行状态发生改变时，换流器的控制方式也要针对性的进行变化，使得整个控制策略考虑因素比较多，控制逻辑复杂；方案二：整流侧两个换流器都控电流，逆变侧两个换流器都控电压，逆变站通过直流电流平衡控制消除两个换流器对电压控制权的争夺，但是，该控制策略最大的缺陷是不能实现并联换流器功率的灵活分配。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法，用以解决现有的控制方案一控制逻辑复杂的问题。本发明同时提供一个实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法，该控制方法包括对逆变侧换流器的电流控制的方法，该直流输电系统中，逆变侧由两个换流器并联构成，选择一个为主换流器，则另一个为从换流器，

对于主换流器，计算主换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第一电压误差值，然后计算该第一电压误差值与附加不平衡信号的叠加值，根据该叠加值生成对应的触发脉冲以对所述主换流器进行触发控制；所述附加不平衡信号生成过程为：首先计算主换流器中的实际直流电流值I_dmeasG3与K3*I_invG3的误差值，为第一误差值，以及计算从换流器中的实际直流电流值I_dmeasG4与K4*I_invG4的误差值，为第二误差值，然后计算第二误差值与第一误差值的差值，最后对该第二误差值与第一误差值的差值进行处理生成相应的电压信号；

对于从换流器，计算从换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第二电压误差值，然后计算该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值，根据该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值生成对应的触发脉冲以对所述从换流器进行触发控制；

其中，I_invG3为主换流器的电流参考值，K3为比例系数，0＜K3≤1；I_invG4为从换流器的电流参考值，K4为比例系数，0＜K4≤1。

该控制方法还包括对整流侧换流器的电流控制的方法，该直流输电系统中的整流侧由两个换流器并联构成，

对于整流侧的其中任意一个换流器，根据该换流器中的实际直流电流值与对应的电流参考值的差值生成对应的触发脉冲以对该换流器进行触发控制。

所述第一误差值为I_dmeasG3/(K3*I_invG3)，所述第二误差值为I_dmeasG4/(K4*I_invG4)。

一种实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制系统，包括选择模块和逆变侧控制模块，

所述选择模块用于：

在逆变侧的两个并联设置的换流器中选择一个为主换流器，则另一个为从换流器；

所述逆变侧控制模块用于：

对于主换流器，计算主换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第一电压误差值，然后计算该第一电压误差值与附加不平衡信号的叠加值，根据该叠加值生成对应的触发脉冲以对所述主换流器进行触发控制；所述附加不平衡信号生成过程为：首先计算主换流器中的实际直流电流值I_dmeasG3与K3*I_invG3的误差值，为第一误差值，以及计算从换流器中的实际直流电流值I_dmeasG4与K4*I_invG4的误差值，为第二误差值，然后计算第二误差值与第一误差值的差值，最后对该第二误差值与第一误差值的差值进行处理生成相应的电压信号；

对于从换流器，计算从换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第二电压误差值，然后计算该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值，根据该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值生成对应的触发脉冲以对所述从换流器进行触发控制；

其中，I_invG3为主换流器的电流参考值，K3为比例系数，0＜K3≤1；I_invG4为从换流器的电流参考值，K4为比例系数，0＜K4≤1。

所述控制系统还包括整流侧控制模块，

所述整流侧控制模块用于：对于整流侧的其中任意一个换流器，根据该换流器中的实际直流电流值与对应的电流参考值的差值生成对应的触发脉冲以对该换流器进行触发控制。

所述第一误差值为I_dmeasG3/(K3*I_invG3)，所述第二误差值为I_dmeasG4/(K4*I_invG4)。

该实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法中，根据两个换流器中的实际直流电流，以及实际的直流电压，通过与设定的对应的参考值之间的运算实现对逆变侧的两个换流器触发控制，这种控制方法过程简单，整个控制过程考虑因素只有实际的直流电流和直流电压，考虑因素较少，控制逻辑简单。而且，这种控制方法能够对逆变侧的换流器进行有效控制，能够实现并联四端直流输电系统电流的不平衡运行，实现了直流输电系统的电能的自由分配，保证了电能输送的效率。

附图说明

图1是并联四端直流输电系统结构示意图；

图2-1是整流侧换流器1的电流控制实现逻辑图；

图2-2是整流侧换流器2的电流控制实现逻辑图；

图3是逆变侧电流控制实现逻辑图。

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。

方法实施例

图1所示的并联四端直流输电系统中，整流侧包括两个并联设置的换流器，逆变侧也包括两个并联设置的换流器，本发明提供一个用于实现该并联四端直流输电系统电流不平衡的控制系统。

该控制系统在对整流侧进行控制时，控制系统中包括两个电流控制模块，该电流控制模块为软件模块，通过设置的软件程序实现对应的功能作用。所以，该控制系统本质上来说就是用于实现该并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法。

在对整流侧进行控制时：

对于这两个电流控制模块，换流器1对应第一电流控制模块，换流器2对应第二电流控制模块，第一电流控制模块对应图2-1中的第一电流控制器，第二电流控制模块对应图2-2中的第二电流控制器。

图2-1和2-2中，I_dmeasG1和I_dmeasG2分别为换流器1和换流器2中的直流电流实际值，可以通过电流传感器进行检测。K1*I_recG1和K2*I_recG2为两个设定的电流参考值，其中，I_recG1和I_recG2的取值为当前对应换流器的电流参考值(通常为1.0PU)；K1和K2为比例系数，0＜K1≤1，0＜K2≤1，K1和K2的取值不同，从而使得整流侧的两个换流器中的直流电流可以被控制到不平衡运行。K1和K2的大小决定了两个换流器间的电流不平衡水平。

在对整流侧的换流器中的电流进行不平衡控制时，第一电流控制器进行以下工作：将电流传感器采集到的I_dmeasG1与预先设置的电流参考值K1*I_recG1进行差值计算，并将I_dmeasG1与K1*I_recG1的差值进行PI控制，输出的控制信号对换流器1中的阀组的触发角进行控制，完成对换流器1中直流电流的控制。同理，第二电流控制器进行以下工作：将电流传感器采集到的I_dmeasG2与预先设置的电流参考值K2*I_recG2进行差值计算，并将I_dmeasG2与K2*I_recG2的差值进行PI控制，输出的控制信号对换流器2中的阀组的触发角进行控制，完成对换流器2中直流电流的控制。

在对逆变侧进行控制时：

该控制系统中还包括两个电流修正模块和两个电压控制模块，与上述电流控制模块相同，电流修正模块和电压控制模块均为设置在控制系统中的软件模块，通过对应的软件程序实现对应的功能作用。对于电流修正模块和电压控制模块，换流器3对应第一电流修正模块和第一电压控制模块，换流器4对应第二电流修正模块和第二电压控制模块。

这两个电流修正模块在正常使用时，每次只有一个修正模块投入工作，另一个不投入工作，其中，投入工作的修正模块对应的换流器为主换流器，没有工作的修正模块对应的换流器为从换流器，具体有以下两种情况：

第一种：如果这两个电流修正模块都使能，那么，任意选取一个电流修正模块对这两个换流器进行对应的控制，那么，可以做以下定义：选取的电流修正模块进行的控制为主控制，没有被选取的电流修正模块不进行控制，命名为从控制，主控制和从控制并非存在主从关系，而是主控制代表着对应的电流修正模块运行，从控制代表着电流修正模块不运行而已；对应地，主控制对应的换流器为主换流器，从控制对应的换流器为从换流器。第二种：如果一个电流修正模块使能，另一个不使能时，这时当然就需要选取使能的模块投入工作；对应地，使能的修正模块对应的换流器为主换流器，没有使能的修正模块对应的换流器为从换流器。

在本实施例中，在换流器3和换流器4对应的电流修正模块都使能时，选择第一电流修正模块进行后续的控制，即选择换流器3为主换流器，则换流器4为从换流器，当然，作为其他的实施例，还可以选择换流器4为主换流器进行后续的控制。

在图3中，I_dmeasG3和I_dmeasG4分别为换流器3和换流器4中的直流电流实际值，可以通过电流传感器进行检测；U_dmeasG3和U_dmeasG4分别为换流器3和换流器4两端的直流电压实际值，可以通过电压传感器进行检测；K3*I_invG3和K4*I_invG4为两个设定的电流参考值，I_invG3和I_invG4分别为设定的换流器3和换流器4的电流参考值(通常为1.0PU)，K3和K4为比例系数，0＜K3≤1，0＜K4≤1K3和K4的取值不同从而使得两个换流器中的直流电流可以被控制到不平衡运行，K3和K4的大小决定了两个换流器间的电流不平衡水平；U_drefG3和U_drefG4分别为设定的换流器3和换流器4的电压参考值。

第一电流修正模块起作用时，即换流器3为主换流器时，在对逆变侧的换流器中的电流进行不平衡控制时：

第一电流修正模块进行以下工作：计算电流传感器采集到的I_dmeasG3与设定参考值K3*I_invG3的比值，为第一比值；计算电流传感器采集到的I_dmeasG4与设定参考值K4*I_invG4的比值，为第二比值，然后计算第二比值和第一比值的差值，经过相应地处理后生成附加不平衡触发控制信号。

第一电压控制模块进行以下工作：计算电压传感器采集到的U_dmeasG3与电压参考值U_drefG3的差值，然后将生成的附加触发控制信号与U_dmeasG3和U_drefG3的差值进行叠加，叠加生成的叠加值经过处理后输出换流器触发控制信号，该换流器触发控制信号能够对换流器3中的阀组的触发角进行控制，完成对换流器3中直流电流的控制。

由于第二电流修正模块不起作用，其选择来自第一电流修正模块产生的附加触发控制信号，并与第二电压控制模块进行配合作用，产生换流器4的触发控制信号，那么，第二电压控制模块进行以下工作：计算电压传感器采集到的U_dmeasG4与电压参考值U_drefG4的差值，然后将U_dmeasG4和U_drefG4的差值与上述第一电流修正模块生成的附加触发控制信号进行差值计算，生成的差值经过处理后输出换流器触发控制信号，该换流器触发控制信号能够对换流器4中的阀组的触发角进行控制，完成对换流器4中直流电流的控制。

通过上述控制过程可知，在对两个换流器进行控制时，一个使用叠加量进行控制，一个使用差值进行控制，这种控制方式起到了此消彼长的作用，能够有效实现不平衡运行。

上述情况中，两个电流修正模块均正常运行下，选取任意一个电流修正模块进行后续的控制，另一个不进行后续的控制；上述还提到了另外一种情况，即当有一个电流修正模块使能，另一个电流修正模块未使能时，那么，选取该使能的电流修正模块进行后续的控制，即该使能的修正模块对应的换流器为主换流器，这种情况不难理解。在本实施例中，第一电流修正模块使能，第二电流修正模块未使能，在这种情况下：换流器3为主换流器，产生相应的附加触发控制信号，与换流器3对应的第一电压控制模块产生的触发控制信号相加，产生并输出最终的换流器3触发控制信号，以对换流器3进行触发控制；未使能的第二电流修正模块对应的换流器4为从换流器，换流器4自动选择第一电流修正模块中电流修正控制产生的附加触发控制信号，并与第二电压控制模块产生的触发控制信号进行差值计算，产生并输出最终的换流器4触发控制信号，以对换流器4进行触发控制。具体的控制过程与上述两个电流修正模块均正常运行下时的控制过程相同。图3为具体的逆变侧换流器的电流控制实现逻辑图。

整流侧的电流控制模块的电流参考值比例系数K1、K2和逆变侧的电流修正模块的电流参考值比例系数K3、K4之间是相互独立的，没有任何关联性；K1、K2、K3、K4相互之间可以相等也可以不相等，即本发明实现的整流侧、逆变侧的并联换流器直流电流既可以平衡也可以不平衡。

上述实施例中，在对直流输电系统的电流不平衡控制时，分别提供了一种整流侧电流不平衡控制方法和逆变侧电流不平衡控制方法。但是，这两种控制方法为两个独立的方法，两者并非一定是配套使用，作为其他的实施例，在对直流输电系统的电流不平衡控制时，采用上述实施例中的逆变侧电流不平衡控制方法，而在对整流侧的电流进行控制时不使用上述实施例中提供的整流侧电流控制方法，而是采用现有其他的控制方法，比如背景技术中提供的方法；或者整流侧不进行电流控制。

上述实施例中，整流侧的控制系统中包括电流控制模块，逆变侧的控制系统中包括电流修正模块和电压控制模块，这些模块均为软件模块，所以，这些模块组成的控制系统本质上来说是一种控制方法，所以，本发明实质上保护的是该直流输电系统的电流不平衡控制方法。

上述提到，在选择换流器时，换流器4可以是主换流器，换流器3可以是从换流器，那么，

第二电流修正模块进行以下工作：计算电流传感器采集到的I_dmeasG3与设定参考值K3*I_invG3的比值，为第一比值；计算电流传感器采集到的I_dmeasG4与设定参考值K4*I_invG4的比值，为第二比值；然后计算第一比值和第二比值的差值，经过相应地处理后生成附加触发控制信号。

第二电压控制模块进行以下工作：计算电压传感器采集到的U_dmeasG4与电压参考值U_drefG4的差值，然后将U_dmeasG4和U_drefG4的差值与上述第二电流修正模块生成的附加触发控制信号进行差值计算，生成的差值经过处理后输出换流器触发控制信号，该换流器触发控制信号能够对换流器4中的阀组的触发角进行控制，完成对换流器4中直流电流的控制。

由于第一电流修正模块不起作用，其选择来自第二电流修正模块产生的附加触发控制信号，并与第一电压控制模块进行配合作用，产生换流器3的触发控制信号，那么，第一电压控制模块进行以下工作：计算电压传感器采集到的U_dmeasG3与电压参考值U_drefG3的差值，然后将生成的附加触发控制信号与U_dmeasG3和U_drefG3的差值进行叠加，叠加生成的叠加值经过处理后输出换流器触发控制信号，该换流器触发控制信号能够对换流器3中的阀组的触发角进行控制，完成对换流器3中直流电流的控制。

从这两种控制方法的实施方式可知，当选择不同的电流修正模块进行后续的控制时，即选择不同的换流器作为主换流器时，虽然控制方法有些许不同，但是不同之处仅在于控制参量进行了对调，控制方法的本质是相同的，均是使用一个电流修正模块进行两个换流器的控制。

上述实施例中，在进行控制时，其中一个参量为电流的实际值与参考值的比值作为误差值，比如：I_dmeasG3/(K3*I_invG3)，作为其他的实施例，在满足控制要求的情况下，还可以使用两者的差值作为误差值，这时其中的比例参数可能需要重新设定。

系统实施例

该控制系统包括选择模块和逆变侧控制模块，其中，

选择模块用于：在逆变侧的两个并联设置的换流器中选择一个为主换流器，则另一个为从换流器；

逆变侧控制模块的功能即是上述方法实施例中的逆变侧的控制方法，由于在上述方法实施例中已作出的详细描述，这里不再说明。

另外，与上述方法实施例对应，该控制系统还可以包括整流侧控制模块，该整流侧控制模块的功能为上述方法实施例中的整流侧的控制方法，也由于在上述方法实施例中已作出的详细描述，这里不再说明。同样地，这两个控制模块是两个独立的模块，两者可以单独存在和使用。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法，其特征在于，该控制方法包括对逆变侧换流器的电流控制的方法，该直流输电系统中，逆变侧由两个换流器并联构成，选择一个为主换流器，则另一个为从换流器，

对于主换流器，计算主换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第一电压误差值，然后计算该第一电压误差值与附加不平衡信号的叠加值，根据该叠加值生成对应的触发脉冲以对所述主换流器进行触发控制；所述附加不平衡信号生成过程为：首先计算主换流器中的实际直流电流值I_dmeasG3与K3*I_invG3的误差值，为第一误差值，以及计算从换流器中的实际直流电流值I_dmeasG4与K4*I_invG4的误差值，为第二误差值，然后计算第二误差值与第一误差值的差值，最后对该第二误差值与第一误差值的差值进行处理生成相应的电压信号；

对于从换流器，计算从换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第二电压误差值，然后计算该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值，根据该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值生成对应的触发脉冲以对所述从换流器进行触发控制；

其中，I_invG3为主换流器的电流参考值，K3为比例系数，0＜K3≤1；I_invG4为从换流器的电流参考值，K4为比例系数，0＜K4≤1；

所述逆变侧还包括控制系统，所述控制系统包括两个电流修正模块，每个换流器都对应一个电流修正模块，两个电流修正模块在正常使用时，每次只有一个电流修正模块投入工作，另一个电流修正模块不投入工作，其中，投入工作的电流修正模块对应的换流器为主换流器，没有投入工作的电流修正模块对应的换流器为从换流器。

2.根据权利要求1所述的实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法，其特征在于，

该控制方法还包括对整流侧换流器的电流控制的方法，该直流输电系统中的整流侧由两个换流器并联构成，

对于整流侧的其中任意一个换流器，根据该换流器中的实际直流电流值与对应的电流参考值的差值生成对应的触发脉冲以对该换流器进行触发控制。

3.根据权利要求1或2所述的实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制方法，其特征在于，

所述第一误差值为I_dmeasG3/(K3*I_invG3)，所述第二误差值为I_dmeasG4/(K4*I_invG4)。

4.一种实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制系统，其特征在于，包括选择模块和逆变侧控制模块，

所述选择模块用于：

在逆变侧的两个并联设置的换流器中选择一个为主换流器，则另一个为从换流器；

所述逆变侧控制模块用于：

对于主换流器，计算主换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第一电压误差值，然后计算该第一电压误差值与附加不平衡信号的叠加值，根据该叠加值生成对应的触发脉冲以对所述主换流器进行触发控制；所述附加不平衡信号生成过程为：首先计算主换流器中的实际直流电流值I_dmeasG3与K3*I_invG3的误差值，为第一误差值，以及计算从换流器中的实际直流电流值I_dmeasG4与K4*I_invG4的误差值，为第二误差值，然后计算第二误差值与第一误差值的差值，最后对该第二误差值与第一误差值的差值进行处理生成相应的电压信号；

对于从换流器，计算从换流器两端的实际直流电压与对应的电压参考值之间的差值，为第二电压误差值，然后计算该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值，根据该第二电压误差值与所述附加不平衡信号的差值生成对应的触发脉冲以对所述从换流器进行触发控制；

其中，I_invG3为主换流器的电流参考值，K3为比例系数，0＜K3≤1；I_invG4为从换流器的电流参考值，K4为比例系数，0＜K4≤1；

所述逆变侧还包括控制系统，所述控制系统还包括两个电流修正模块，每个换流器都对应一个电流修正模块，两个电流修正模块在正常使用时，每次只有一个修正模块投入工作，另一个不投入工作，其中，投入工作的修正模块对应的换流器为主换流器，没有工作的修正模块对应的换流器为从换流器。

5.根据权利要求4所述的实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括整流侧控制模块，

所述整流侧控制模块用于：

对于整流侧的其中任意一个换流器，根据该换流器中的实际直流电流值与对应的电流参考值的差值生成对应的触发脉冲以对该换流器进行触发控制。

6.根据权利要求4或5所述的实现并联四端直流输电系统电流不平衡的控制系统，其特征在于，

所述第一误差值为I_dmeasG3/(K3*I_invG3)，所述第二误差值为I_dmeasG4/(K4*I_invG4)。

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