CN106451516B - 一种混合多端高压直流输电系统的直流故障穿越方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合多端高压直流输电系统的直流故障穿越方法,混合多端高压直流输电系统中包括至少两个LCC型换流站和至少一个FB‑MMC型换流站;发生直流故障时,LCC型整流器强制移相至120度,快速抑制故障电流;FB‑MMC型换流器在接收到故障信号后,将FB‑MMC型换流器切换为直流电流控制模式,控制直流电流参考值为0,且启动子模块定容电压平衡控制器;故障信号消失后,等待LCC型整流换流器的稳定运行信号,当检测到稳定信号后,将FB‑MMC型换流器切换为有功功率模式。该直流故障穿越方法能够实现故障期间FB‑MMC换流器不闭锁,但能抑制故障电流并正常补偿无功功率,使得混合多端高压直流输电系统能够快速恢复正常运行。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术与直流输电领域,特别涉及一种混合多端高压直流输电系统的直流故障穿越方法。
背景技术
目前高压直流输电系统普遍使用两端拓扑结构,即一个整流站和一个逆变站,分别接入两个交流电网。但很多场合更适合采用多端高压直流输电系统结构,比如:从能源基地输送大量电力到远方的几个负荷中心、直流输电线路中间分支接入负荷或电源、几个孤立的交流系统用直流线路实现非同期联络。随着直流输电可靠性的提高和成本的降低,以及直流断路器制造技术的发展,多端直流输电系统的研究也得到了广泛关注和研究。
目前,在已投运的多端常规高压直流输电工程中,若采用电网换相的全控桥换流器,该换流器运行于逆变状态时易发生换相失败,运行于大熄弧角工况下时,需要消耗大量的无功功率;若采用半桥型模块化多电平换流器,在发生直流故障时,只能通过闭锁并跳开交流断路器,造成换流站的停运;若采用全桥型模块化多电平换流器,在发生直流故障时,闭锁换流器,利用交流系统对子模块电容充电,使电容电压达到交流电压的峰值,阻断了故障回路,从而抑制了故障电流,但闭锁会致使子模块电容电压高于稳定值,且无法继续补偿无功功率,这样不仅容易使得换流器自身的电力电子器件受损,而且严重影响高压直流输电系统的运行效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合多端高压直流输电系统的直流故障穿越方法,用于解决在多端混合高压直流输电系统发生直流故障时,系统不能够有效地正常运行的问题。
为解决上述问题,本发明提出的技术解决方案是:提供一种混合多端高压直流输电系统包括至少两个LCC型换流站和至少一个FB-MMC型换流站;
发生直流故障时,LCC型整流器强制移相,以快速抑制故障电流;FB-MMC型换流器在接收到故障信号后,将所述FB-MMC型换流器切换为直流电流控制模式,控制直流电流参考值为0;所述的LCC型整流器为用于整流的LCC型换流站中的换流器;所述FB-MMC型换流器为FB-MMC型换流站中的换流器;
故障信号消失后,等待LCC型整流换流器的稳定运行信号,当检测到所述稳定信号后,将所述FB-MMC型换流器切换为有功功率模式。
进一步的,LCC型整流器强制移相至120度;LCC型整流器的稳定运行信号为控制的直流电流大于0.9pu。
进一步的,所述FB-MMC型换流器包括直流电流控制器和子模块电容电压平衡控制器,正常情况下,所述直流电流控制器输出Udcref/2作为直流电压指令,所述子模块电容电压平衡控制器输出Pref作为有功功率指令;
在直流故障情况下,所述直流电流控制器输入包括:直流电流和直流电流参考值,所述直流电流和直流电流参考值作差得到误差值,所述误差值经过PI控制产生直流电压指令,输出上限值为Udcref/2,下限值为Udcmin/2;所述子模块电容电压平衡控制器包括:子模块电容电压参考值和子模块电容电压平均值,所述子模块电容电压参考值和子模块电容电压平均值作差得出误差值,所述误差值经过PI控制产生有功功率指令,输出上限值为Pmax,下限值为Pmin。
本发明的一种混合多端直流输电系统至少包含两个LCC型换流站和一个FB-MMC型换流站,基于该系统提出的直流故障穿越方法中,当发生直流故障时,常规LCC型整流器强制移相,使LCC型换流器运行于逆变状态,从而快速释放直流储存的能量,进而限制直流故障电流;FB-MMC换流器在直流故障期间不闭锁,但能抑制故障电流并正常补偿无功功率。当故障消失后,常规LCC型整流器恢复为直流电流控制模式,FB-MMC换流器恢复为有功功率控制模式,直流输电系统可快速恢复正常运行。所以,该直流故障穿越方法能够实现多端高压直流输电系统快速阻断直流故障电流,穿越直流故障,及时恢复系统的正常运行状态。
附图说明
图1为本实施例中的混合三端高压直流输电系统拓扑结构图;
图2为全桥模块化多电平换流器控制框图;
图3为混合多端高压直流输电系统直流故障穿越的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
本实施例中提出一种混合三端高压直流输电系统,其拓扑结构如图1所示,该系统包含三个换流站,即换流站A、换流站B、换流站C,三个换流站分别连接三个交流系统,其中换流站B连接一个弱交流电网系统。连接弱交流电网的换流站B中采用了全桥模块化多电平换流器(FB-MMC),称为FB-MMC换流站,换流站A和换流站B采用了电网换相换流器(LCC),称为LCC型换流站,LCC型的换流站为大容量站,FB-MMC为小容量站。该系统为分支型结构,三个换流站都连接在同一条直流输电线上,系统两端分别为LCC型换流站A和LCC型换流站C,分别通过一个直流输电线路连接到分支节点上,系统中间为FB-MMC换流站B,通过串联一个分压电阻R接入分支节点。三个换流站都需要配置平波电抗器L,其中两LCC型换流站还需要配置交流滤波器ACF和直流滤波器DCF。
图2所示的是换流站B(FB-MMC型换流站)的控制系统结构,该换流站控制系统包含直流电流控制器、子模块电容电压平衡控制器、外环功率控制器、内环电流控制器、环流抑制器、阀控制器等。
外环功率控制器根据有功功率参考值Pref、无功功率参考值Qref和阀侧电压udq计算出有功电流参考值和无功电流参考值;内环电流控制器根据有功电流参考值、无功电流参考值、阀侧电压udq和阀侧电流idq计算出FB-MMC内部电压;环流抑制器根据直流电流Idc和FB-MMC三相上下桥臂的电流计算出FB-MMC内部不平衡压降。
正常情况下,直流电流控制器输入包括:直流电流参考值Idcref和直流电流Idc,此时使能信号Idcen=0,则直流电流参考值Idcref和直流电流Idc作差得到误差,误差经过PI控制器输出桥臂电压直流分量参考值Udcref/2;出现直流故障后,直流电流控制器输入中直流电流参考值Idcref=0,此时使能信号Idcen=1,则直流电流Idc经过PI控制器之后产生直流电压指令,则直流电流控制器的输出上限值保持为Udcref/2,下限值切换为Udcmin/2,实现控制器的平稳切换。
正常情况下,子模块电容电压平衡控制器输入包括:子模块电容电压参考值Vcref和子模块电容电压平均值的直流分量Vcavg,此时使能信号vcen=0,则子模块电容电压平衡控制器输出有功功率参考值Pref至外环功率控制器;出现直流故障时,子模块电容电压平衡控制器输入包括:子模块电容电压参考值Vcref和子模块电容电压平均值的直流分量Vcavg,此时使能信号vcen=1,子模块电容电压参考值Vcref和子模块电容电压平均值的直流分量Vcavg作差产生误差,该误差经过PI控制器之后产生有功功率指令,则控制器输出的上限值为Pmax,下限值为Pmin,实现控制器的平稳切换。
所以,在稳态工况下,FB-MMC换流器为有功功率控制和无功功率控制模式,当直流故障期间,切换为直流电流控制和无功功率控制模式,直流电流控制模式时,需要启动子模块电压平衡控制器控制子模块电容电压直流分量的稳定。
LCC型换流站的控制系统已经非常成熟,因此这里不再详细介绍。
当发生直流故障时,LCC型整流器强制移相至120度,快速抑制LCC型换流站的故障电流。现结合图3具体介绍混合三端高压直流输电系统直流故障穿越全桥模块化多电平换流器控制流程:
当控制系统检测到故障信号后,换流站B的直流故障保护信号置位,设置展宽为100ms,并迅速将全桥模块化多电平换流器的控制模式切换为直流电流控制模式,控制直流电流参考值为0,启动子模块电容电压平衡控制器;当系统检测到故障信号消失后,等待LCC型整流器恢复稳定,即直流电流大于0.9pu时,LCC型整流器发出稳定运行信号,全桥模块化多电平换流器接收到该稳定信号后,将其控制模式切换为有功功率控制模式,在此过程中,无功功率参考值始终保持稳定。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (2)
1.一种混合多端高压直流输电系统的直流故障穿越方法,其特征在于,所述的混合多端高压直流输电系统包括至少两个LCC型换流站和至少一个FB-MMC型换流站;
发生直流故障时,LCC型整流器强制移相,以快速抑制故障电流;FB-MMC型换流器在接收到故障信号后,将所述FB-MMC型换流器切换为直流电流控制模式,控制直流电流参考值为0;所述的LCC型整流器为用于整流的LCC型换流站中的换流器;所述FB-MMC型换流器为FB-MMC型换流站中的换流器;
故障信号消失后,等待LCC型整流器的稳定运行信号,当检测到所述稳定运行信号后,将所述FB-MMC型换流器切换为有功功率模式;
所述FB-MMC型换流器包括直流电流控制器和子模块电容电压平衡控制器,正常情况下,所述直流电流控制器输出Udcref/2作为直流电压指令,所述子模块电容电压平衡控制器输出Pref作为有功功率指令;
在直流故障情况下,所述直流电流控制器输入包括:直流电流和直流电流参考值,所述直流电流和直流电流参考值作差得到误差值,所述误差值经过PI控制产生直流电压指令,输出上限值为Udcref/2,下限值为Udcmin/2;所述子模块电容电压平衡控制器输入包括:子模块电容电压参考值和子模块电容电压平均值,所述子模块电容电压参考值和子模块电容电压平均值作差得出误差值,所述误差值经过PI控制产生有功功率指令,输出上限值为Pmax,下限值为Pmin。
2.根据权利要求1所述的一种混合多端高压直流输电系统的直流故障穿越方法,其特征在于,LCC型整流器强制移相至120度;LCC型整流器的稳定运行信号为控制的直流电流大于0.9pu。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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