CN106684900A - 一种混合控制换流站、柔性直流输电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合控制换流站、柔性直流输电系统及控制方法，柔性直流输电系统对于采用定功率或者定电流控制的换流站中的N个基本换流单元，其中一个基本换流单元采用定功率或者定电流控制，其余N‑1个基本换流单元采用定直流电压控制；其中，N大于1。本发明有效解决了原有定功率或定电流换流站内由于基本换流单元间的参数及控制差异性导致的直流电压不均衡问题。

Description

一种混合控制换流站、柔性直流输电系统及控制方法
技术领域
本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种混合控制换流站、柔性直流输电系统及控制方法。
背景技术
随着现代电网的快速发展及电力电子技术的更新换代，基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)技术的柔性直流输电系统取得了长足进步，并逐步实现了工程应用。但相对于传统直流输电系统(又称电网换相换流器高压直流输电系统，Line Commutated Converter Based High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)，其电压等级和输送容量均有待于进一步提升。
借鉴传统直流输电系统的高压输电系统拓扑结构，以MMC换流器作为基本换流单元，利用换流器的矩阵式组合可以实现高压大容量的要求，也即通过基本换流单元的并联提高输送容量，通过基本换流单元的串联提高输送电压等级，形成组合换流器，有效解决了这一难题。
然而，目前针对基于组合换流器的柔性直流输电系统的研究尚处于初期阶段，特别是对于组合式换流器的系统控制策略及故障后的处理策略等仍处于空白状态，传统的一个换流站采用定电压控制，其余换流站采用定功率或定电流控制的配置方式已不能满足稳定运行需求，极易引发定功率或定电流换流站内由于基本换流单元间的参数及控制差异性导致的直流电压不均衡问题，造成系统过压及功率分配不均。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合控制换流站、柔性直流输电系统及控制方法，用以解决采用定功率或定电流换流站内由于基本换流单元间的参数及控制差异性导致的直流电压不均衡的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种混合控制换流站控制方法，对N个基本换流单元，其中一个基本换流单元采用定功率或者定电流控制，其余N-1个基本换流单元采用定直流电压控制；其中，N大于1。
本发明还提供一种混合控制换流站，包括一个采用定功率或者定电流控制的基本换流换流单元和N-1个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，N大于1。
本发明还提供一种柔性直流输电系统控制方法，对于采用定功率或者定电流控制的换流站中的N个基本换流单元，其中一个基本换流单元采用定功率或者定电流控制，其余N-1个基本换流单元采用定直流电压控制；其中，N大于1。
进一步的，对于任一换流站，当换流站内的x个基本换流单元发生故障时，旁路故障的基本换流单元，判断故障的基本换流单元在故障前是否均为定直流电压控制：
若均为定直流电压控制，则旁路其他未故障换流站内x个采用定直流电压控制的基本换流单元；
若故障的基本换流单元中包含一个采用定功率或者定电流控制的基本换流单元，则将故障换流站内的其中一个未故障的基本换流单元由定直流电压控制改为定电流或者定功率控制，旁路其他未故障换流站内x个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，N为一个换流站中的基本换流单元数量，x小于N，N大于1。
本发明还提供一种柔性直流输电系统，包括一个采用定直流电压控制的换流站和M-1个采用混合控制的换流站；其中，采用混合控制的换流站包括一个采用定功率或者定电流控制的基本换流换流单元和N-1个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，M大于1，N大于1。
本发明的有益效果：
本发明提供的混合控制换流站及控制方法，在传统的组合换流器的控制策略的基础上，针对采用定电流或者定功率控制的换流站，将其基本换流单元进行控制策略改造，仅控制其中一个基本换流单元运行在定功率或定电流控制策略下，其余串联换流单元运行在定直流电压控制策略下，形成混合控制换流站，从而有效解决了原有定功率或定电流换流站内由于基本换流单元间的参数及控制差异性导致的直流电压不均衡问题。
同时，本发明提供的柔性直流输电系统及控制方法，将采用定功率或者定电流控制的换流站中的基本换流单元进行控制策略改造，其中一个基本换流单元采用定功率或者定电流控制，其余基本换流单元采用定直流电压控制，能够保障在正常运行工况下，组合换流器内部基本换流单元直流电压和输送功率的精确受控；而且，能够方便的实现基本换流单元故障后，整体柔性直流输电系统控制策略的快速配置及重启，极大提高了高压大容量柔性直流输电系统的运行稳定性及可靠性。
附图说明
图1是一种柔性直流输电系统控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明的柔性直流输电系统控制方法实施例：
如图1所示为一个柔性直流输电系统，柔性直流输电系统由M个换流站组成网络，每个换流站由N个基本换流单元串联升压构成组合换流器，采用模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)或其并联组合作为基本换流单元。但本发明并未对其进行限制，仍可采用其它形式的换流器作为基本换流单元，如两电平或三电平换流器。
在正常运行工况下，柔性直流输电系统控制策略如下：
换流站1作为直流电压控制换流站，其内部的N个换流单元MMC1k(k＝1,2,…,N)均采用定直流电压控制策略，分别控制各自换流单元的直流电压Udc1k(k＝1,2,…,N)恒定，使得柔性直流输电系统的整体直流电压Udc稳定。
换流站i(i＝2,3,…,M)作为混合控制换流站，其内部的第N个换流单元MMCiN采用定直流电流控制策略，控制流入换流站i的直流母线电流Idci(i＝2,3,…,M)恒定，由于换流站i内部的其他(N-1)个换流单元与第N个换流单元串联，因此流过其它(N-1)个换流单元的电流被箝位在Idci(i＝2,3,…,M)。
换流站i(i＝2,3,…,M)作为混合控制换流站，其内部的前(N-1)个换流单元MMCik(k＝1,2,…,N-1)采用定直流电压控制策略，分别控制各自换流单元的直流电压Udcik(k＝1,2,…,N-1)恒定，因此换流站i的第N个换流单元的直流电压被箝位在(Udc-∑Udcik)(k＝1,2,…,N-1)，其中∑Udcik表示前(N-1)个换流单元的直流电压之和。
基于上述混合控制策略，在换流站i内，第N个换流单元MMCiN的直流电流受自身控制恒定为Idci(i＝2,3,…,M)，直流电压受其它(N-1)个换流单元箝位，恒定为(Udc-∑Udcik)(k＝1,2,…,N-1)。因此，第N个换流单元的传输功率恒定且受控。
基于上述混合控制策略，在换流站i内，其内部前(N-1)个换流单元MMCik(k＝1,2,…,N-1)的直流电压受自身控制，恒定为Udcik(k＝1,2,…,N-1)，流过其的直流电流受第N个换流单元箝位，恒定为Idci。因此，前(N-1)个换流单元的传输功率恒定且受控。
上述控制策略，为系统正常运行工况下组合换流器内部基本换流单元直流电压和输送功率的精确受控提供技术保障，为基本换流单元故障后的整体柔性直流输电系统控制策略的快速配置及重启提供技术支撑，进而提高系统运行稳定性及可靠性，能够有效实现定功率或定电流换流站内部串联换流单元间的电压及功率均衡。
进一步的，在换流单元故障工况下，基于本发明的柔性直流输电系统控制策略如下：
如图1所示，当换流站i(i＝1,2,…,M)内的x个换流单元MMCik(k＝1,2,…,x)发生故障，根据故障换流单元所采用控制策略的不同，分为两种工况：
1)当x个故障换流单元MMCik(k＝1,2,…,x)在故障前均采用定直流电压控制策略，则旁路其它换流站各自的x个采用定直流电压控制策略的基本换流单元，余下的基本换流单元控制策略保持不变。
2)当x个故障换流单元MMCik(k＝1,2,…,x)在故障前包含一个采用定功率或定电流控制策略的基本换流单元，则将换流站i(i＝1,2,…,M)内的一个完好的基本换流单元由定直流电压控制策略切换为定功率或定电流控制策略，旁路其它换流站各自的x个采用定直流电压控制策略的基本换流单元，余下的基本换流单元控制策略保持不变。
基于上述控制策略，可实现换流单元故障后整个柔性直流输电系统控制策略的快速配置及重启。
在本实施例中，换流站i(i＝2,3,…,M)作为混合控制换流站，其内部的第N个换流单元MMCiN采用定电流控制策略，其内部的前(N-1)个换流单元MMCik(k＝1,2,…,N-1)采用定直流电压控制策略。作为其他实施方式，可将其内部的第N个换流单元MMCiN由采用定电流控制策略改为定功率控制策略，其内部的前(N-1)个换流单元MMCik(k＝1,2,…,N-1)仍旧采用定直流电压控制策略，同样可以实现换流站内部的基本换流单元直流电压和输送功率的精确控制。
另外，本发明还提供一种柔性直流输电系统，包括一个采用定直流电压控制的换流站和M-1个采用混合控制的换流站；其中，采用混合控制的换流站包括一个采用定功率或者定电流控制的基本换流换流单元和N-1个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，M大于1，N大于1。
该系统实际上是基于上述柔性直流输电系统控制方法的一种具体实现，由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故对该系统不再进行详细介绍。
上述柔性直流输电系统控制方法的核心在于提供一种混合控制换流站控制方法，即对N个基本换流单元，其中一个基本换流单元采用定功率或者定电流控制，其余N-1个基本换流单元采用定直流电压控制；其中，N大于1。
另外，本发明还提供一种混合控制换流站，包括一个采用定功率或者定电流控制的基本换流换流单元和N-1个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，N大于1。混合控制换流站实际上是基于混合控制换流站控制方法的一种具体实现，由于对上述柔性直流输电系统控制方法已作清楚介绍，故对该混合控制换流站及控制方法不再做详细介绍。

Claims (5)

1.一种混合控制换流站控制方法，其特征在于，对N个基本换流单元，其中一个基本换流单元采用定功率或者定电流控制，其余N-1个基本换流单元采用定直流电压控制；其中，N大于1。
2.一种混合控制换流站，其特征在于，包括一个采用定功率或者定电流控制的基本换流换流单元和N-1个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，N大于1。
3.一种柔性直流输电系统控制方法，其特征在于，对于采用定功率或者定电流控制的一个换流站中的N个基本换流单元，其中一个基本换流单元采用定功率或者定电流控制，其余N-1个基本换流单元采用定直流电压控制；其中，N大于1。
4.根据权利要求3所述的柔性直流输电系统控制方法，其特征在于，对于任一换流站，当换流站内的x个基本换流单元发生故障时，旁路故障的基本换流单元，判断故障的基本换流单元在故障前是否均为定直流电压控制：
若均为定直流电压控制，则旁路其他未故障换流站内x个采用定直流电压控制的基本换流单元；
若故障的基本换流单元中包含一个采用定功率或者定电流控制的基本换流单元，则将故障换流站内的其中一个未故障的基本换流单元由定直流电压控制改为定电流或者定功率控制，旁路其他未故障换流站内x个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，N为一个换流站中的基本换流单元数量，x小于N，N大于1。
5.一种柔性直流输电系统，其特征在于，包括一个采用定直流电压控制的换流站和M-1个采用混合控制的换流站；其中，采用混合控制的换流站包括一个采用定功率或者定电流控制的基本换流换流单元和N-1个采用定直流电压控制的基本换流单元；其中，M大于1，N大于1。
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