CN107887922B - 一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法及电路,包括以下步骤:S1:搭建拓扑结构及参数模型,评估交流系统运行状态;S2:分析与交流系统功率状况,为直流输电系统的单双极性确定方案;S3:判断功率缺额情况,确定直流输电系统功率调配比例,实现直流系统单双极性转换及潮流调控;S4:基于步骤S3,评估措施效果,确定系统是否恢复运行方式。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统输配电的技术领域,特别是涉及一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法及电路。
背景技术
目前,电网规模日益扩大,网架集中和负荷集中导致短路电流严重超标,现有技术是将电网分区,通过背靠背柔性直流异步联网,达到控制短路电流的目的。电网重构面临巨大挑战,电网分区异步运行后,事故支援、运行模式、控制策略等方面缺乏技术积累,可借鉴的工作经验较少。因此,迫切需要直流系统具备同步-异步转换功能,保证系统平稳度过过渡时期。
相较于传统直流,电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)技术相比于电流源型高压直流输电(LCC-HVDC)技术具有低功率、低电压等特性,近年来,VSC-HVDC技术被视作是新能源并网的优先选择。因此,如何采用柔性直流输电系统灵活调节不同分区电网之间的潮流成为一个待解决的问题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷,提供一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法及电路。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法,包括以下步骤:
S1:搭建拓扑结构及参数模型,评估交流系统运行状态;
S2:分析与交流系统功率状况,为直流输电系统的单双极性确定方案;
S3:判断功率缺额情况,确定直流输电系统功率调配比例,实现直流系统单双极性转换及潮流调控;
S4:基于步骤S3,评估措施效果,确定系统是否恢复运行方式。
优选的,所述的步骤S1具体如下:
搭建电网实时方式或待研究方式下的拓扑结构及参数模型,评估与直流系统互联的交流系统运行状态。
优选的,所述的单双极性的直流输电系统的状态为运行在单极直流输电状态,又可运行在双极直流输电状态。
优选的,所述的步骤S2具体如下:
从能量管理系统实时获取交流电网功率运行状况的数据信息,对系统功率分配方式进行计算和调控。
优选的,所述的步骤S3具体如下:
通过双闭环控制,更改逆变器功率控制器指令值,灵活调控功率分布;
(1)分析互联系统潮流工况,计算功率缺额;
(2)通过双闭环控制修改功率指令值;
(3)跳转步骤(1),重新分析是否依然存在功率缺额,确定系统运行工况。
一种基于单双极性可转换的直流输电运行电路,包括四个换流器A1~A4、四个变压器V1~V4、四组由L、R、C构成的滤波器U1~U4、开关CB1、开关CB2、三条直流输电线H1~H3、;
所述的换流器A1的交流侧通过滤波器U1与变压器V1的一端连接;
所述的换流器A1的另一端与直流输电线H1、H2的一端连接;
所述的直流输电线H1、H2的另一端与换流器A3的直流端连接;
所述的换流器A3的交流侧通过滤波器U3与变压器V3连接;
所述的换流器A2的交流侧通过滤波器U2与变压器V2相连;
所述的换流器A2的另一端与直流输电线路H2、H3相连;
所述直流输电线路H2、H3的另一端与换流器A4相连;
所述换流器A4的另一端通过滤波器U4与变压器V4相连;
所述的变压器V3与变压器V4之间用开关CB1连接;
所述的变压器V4通过开关CB2与子交流电网电源连接;
所述的变压器V3的输入端与主交流电网电源连接;
所述的变压器V1和变压器V2的输入端与总电网电源连接;
所述的换流器A1~A4的交流端通过交流链路连接交流系统;
所述的换流器A1~A4的直流端分别与直流系统连接;
所述的换流器A1~A2为整流侧,用于控制直流线路的直流电压,换流器A3~A4为逆变侧,用于控制直流线路的功率。
优选的,所述的交流链路上设置有交流断路器,换流器A1~A4的交流端与通过交流断路器相连。
优选的,所述的交流链路上设置有交流变压器。
优选的,所述的换流器为任意拓扑结构的电压源型换流器;所述的电压源型换流器的整流侧用于控制直流线路的直流电压,逆变侧用于控制直流线路的功率,即可灵活调控送往不同交流系统的功率。
优选的,所述的电压源型换流器为一种基于全控型开关器件的三相全桥交流-直流变换电路;所述的一种基于全控型开关器件的三相全桥交流-直流变换电路为两电平拓扑结构、三电平拓扑结构或模块化多电平拓扑结构。
在上述方案中,首先,搭建拓扑结构及参数模型,评估交流系统运行状态;分析与交流系统功率状况,为直流输电系统的单双极性确定方案;判断功率缺额情况,确定直流输电系统功率调配比例,实现直流系统单双极性转换及潮流调控;基于步骤S3,评估措施效果,确定系统是否恢复运行方式;当逆变侧中交流开关处于开断状态时,直流输电系统运行在双极直流输电状态,两个逆变器功率平均分配,潮流流向主交流电网;当交流开关处在闭合状态时,逆变器功率可灵活调控,将功率送往两个交流电网。
其中,换流器A1~A4的直流端分别与直流系统连接;变压器V1~V4的交流端通过交流链路连接交流系统,用于匹配交流侧与直流侧的电压;由L、R、C组成的滤波器U1~U4用于平抑交流系统中的高次谐波,换流器的整流侧A1、A2用于控制直流线路的直流电压,逆变侧A3、A4用于控制直流线路的功率,即可灵活调控送往不同交流系统的功率;逆变侧换流器A3、A4功率调节与交流开关CB1、CB2配合使用;当逆变侧中交流开关CB1处于开断状态,CB2处于闭合状态时,直流输电系统运行在双极直流输电状态,两个逆变器功率平均分配,潮流流向主交流电网;当逆变侧中交流开关CB1处于闭合状态,CB2处于断开状态时,逆变器功率可灵活调控,将功率送往主交流电网和子交流电网;其中,本技术方案可灵活调控,有效降低功耗,提高效率。
其中,判断系统分析子系统功率是否有缺额,若没有,则保持CB1闭合,CB2断开,系统运行在双极直流输电系统,并向主系统送电。保持监测子系统状态,若发现子系统出现功率缺额,则断开CB1,闭合CB2,直流输电系统进入单极运行状态,监测子系统功率缺额,更改两个受端VSC的功率指令值,使其灵活调控流向主系统和子系统的潮流。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:在本方案中,两个逆变器功率平均分配,潮流流向主交流电网;当交流开关处在闭合状态时,逆变器功率可灵活调控,将功率送往主交流电网和子交流电网;其中,本技术方案可灵活调控,有效降低功耗,提高效率。
附图说明
图1为本发明提供的含潮流控制的单双极性可转换的直流输电方法流程示意图。
图2为本发明提供的单双极性可转换的直流输电系统拓扑结构示意图;
图3为本发明提供的电压源型换流器的模块化多电平拓扑示意图;
图4为本发明所提供的电压源型换流器直流电压控制方法示意图;
图5为本发明所提供的电压源型换流器直流功率控制方法示意图;
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1:
一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法,其结构示意图如图1所示:包括以下步骤:
S1:搭建拓扑结构及参数模型,评估交流系统运行状态;
S2:分析与交流系统功率状况,为直流输电系统的单双极性确定方案;
S3:判断功率缺额情况,确定直流输电系统功率调配比例,实现直流系统单双极性转换及潮流调控;
S4:基于步骤S3,评估措施效果,确定系统是否恢复运行方式。
在本实施例中,步骤S1具体如下:
搭建电网实时方式或待研究方式下的拓扑结构及参数模型,评估与直流系统互联的交流系统运行状态。
在本实施例中,单双极性的直流输电系统的状态为运行在单极直流输电状态,又可运行在双极直流输电状态。
在本实施例中,步骤S2具体如下:
从能量管理系统实时获取交流电网功率运行状况的数据信息,对系统功率分配方式进行计算和调控。
在本实施例中,步骤S3具体如下:
通过双闭环控制,更改逆变器功率控制器指令值,灵活调控功率分布;
(1)分析互联系统潮流工况,计算功率缺额;
(2)通过双闭环控制修改功率指令值;
(3)跳转步骤(1),重新分析是否依然存在功率缺额,确定系统运行工况。
一种基于单双极性可转换的直流输电运行电路,其结构示意图如图2所示:包括四个换流器A1~A4、四个变压器V1~V4、四组由L、R、C构成的滤波器U1~U4、开关CB1、开关CB2、三条直流输电线H1~H3、;
所述的换流器A1的交流侧通过滤波器U1与变压器V1的一端连接;
所述的换流器A1的另一端与直流输电线H1、H2的一端连接;
所述的直流输电线H1、H2的另一端与换流器A3的直流端连接;
所述的换流器A3的交流侧通过滤波器U3与变压器V3连接;
所述的换流器A2的交流侧通过滤波器U2与变压器V2相连;
所述的换流器A2的另一端与直流输电线路H2、H3相连;
所述直流输电线路H2、H3的另一端与换流器A4相连;
所述换流器A4的另一端通过滤波器U4与变压器V4相连;
所述的变压器V3与变压器V4之间用开关CB1连接;
所述的变压器V4通过开关CB2与子交流电网电源连接;
所述的变压器V3的输入端与主交流电网电源连接;
所述的变压器V1和变压器V2的输入端与总电网电源连接;
所述的换流器A1~A4的交流端通过交流链路连接交流系统;
所述的换流器A1~A4的直流端分别与直流系统连接;
所述的换流器A1~A2为整流侧,用于控制直流线路的直流电压,换流器A3~A4为逆变侧,用于控制直流线路的功率。
在本实施例中,交流链路上设置有交流断路器,换流器A1~A4的交流端与通过交流断路器相连。
其中,在本实施例中,滤波器U1由电感组L1、电阻R1、电容C1连接组成;滤波器U2由电感组L2、电阻R2、电容C2连接组成;滤波器U3由电感组L3、电阻R3、电容C3连接组成;滤波器U4由电感组L4、电阻R4、电容C4连接组成。
在本实施例中,交流链路上设置有交流变压器。
在本实施例中,换流器为任意拓扑结构的电压源型换流器;所述的电压源型换流器的整流侧用于控制直流线路的直流电压,逆变侧用于控制直流线路的功率,即可灵活调控送往不同交流系统的功率。
在本实施例中,电压源型换流器为一种基于全控型开关器件的三相全桥交流-直流变换电路;所述的一种基于全控型开关器件的三相全桥交流-直流变换电路为两电平拓扑结构、三电平拓扑结构或模块化多电平拓扑结构。
在本实施例中,首先,搭建拓扑结构及参数模型,评估交流系统运行状态;分析与交流系统功率状况,为直流输电系统的单双极性确定方案;判断功率缺额情况,确定直流输电系统功率调配比例,实现直流系统单双极性转换及潮流调控;基于步骤S3,评估措施效果,确定系统是否恢复运行方式;当逆变侧中交流开关处于开断状态时,直流输电系统运行在双极直流输电状态,两个逆变器功率平均分配,潮流流向主交流电网;当交流开关处在闭合状态时,逆变器功率可灵活调控,将功率送往两个交流电网。
其中,换流器A1~A4的直流端分别与直流系统连接;变压器V1~V4的交流端通过交流链路连接交流系统,用于匹配交流侧与直流侧的电压;由L、R、C组成的滤波器U1~U4用于平抑交流系统中的高次谐波,换流器的整流侧A1、A2用于控制直流线路的直流电压,逆变侧A3、A4用于控制直流线路的功率,即可灵活调控送往不同交流系统的功率;逆变侧换流器A3、A4功率调节与交流开关CB1、CB2配合使用;当逆变侧中交流开关CB1处于开断状态,CB2处于闭合状态时,直流输电系统运行在双极直流输电状态,两个逆变器功率平均分配,潮流流向主交流电网;当逆变侧中交流开关CB1处于闭合状态,CB2处于断开状态时,逆变器功率可灵活调控,将功率送往主交流电网和子交流电网;其中,本技术方案可灵活调控,有效降低功耗,提高效率。
其中,判断系统分析子系统功率是否有缺额,若没有,则保持CB1闭合,CB2断开,系统运行在双极直流输电系统,并向主系统送电。保持监测子系统状态,若发现子系统出现功率缺额,则断开CB1,闭合CB2,直流输电系统进入单极运行状态,监测子系统功率缺额,更改两个受端VSC的功率指令值,使其灵活调控流向主系统和子系统的潮流。
实施例2:
如图2所示,其为一个含电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)的双极直流输电系统模型,其整流侧直流电压为EdcP,直流电流为i1dP;交流电压为v1P,交流电流为i1P。逆变侧直流电压为VdcP,交流电压为vP,交流电流为iP。其中,下标“P”表示为双极直流输电系统的正极侧。
本实施例中,电压源型换流器的拓扑结构如图3所示,即为模块化多电平拓扑,该拓扑结构包括6个半桥臂,每两个半桥臂串联成一相桥臂,每相换流桥臂的中点分别与A相交流端,B相交流端,C相交流端连接,每相桥臂的正端和负端分别与正极直流母线,负极直流母线相连接,每个半桥臂有多个子模块依次串联后再和平波电抗器串联而成,每个子模块由两个全控型器件和直流电容构成。相对于传统的VSC,该种拓扑结构能使输出的交流电波形更接近正弦,且开关损耗降低,因此其应用范围也更为广泛。
本发明实施例提供的电压源型换流器同时具备灵活调节直流电压与直流功率的功能。直流电压控制与直流功率控制可由外环PI控制实现,而内环控制则应根据经典的电感动态过程设计。流经内部电感的电流方程为:
式中:R1P和L1P为整流侧换流器正极的总电阻和总电感;M1Pd和M1Pq为VSC调制系数的dq轴分量;v1cPd和v1cPq为VSC出口交流电压的dq分量,v1Pd和v1Pq为测量点如图1所示,EdcP为VSC整流侧直流电压,I1Pd和I1Pqi为VSC交流侧电流的dq轴分量,ωo为交流系统的角速度。从式(2)可推出内环控制量为:
因此,VSC换流器的直流电压及功率控制环如图4、图5所示。其中下标ref表示参考值;pu为标幺值;base为基准值。图中的控制系统由外环电压控制器和内环电压控制器组成。图4中的控制系统由外环功率控制器和内环功率控制器组成。电压控振荡器(voltagecontrol oscillator,VCO)用于提供触发脉冲的参考角。
本发明实施例中,送端VSC工作在控直流电压状态,保持系统直流电压稳定性,受端VSC工作在控功率状态,灵活调控输送至主系统与子系统的交流功率。
图1为本发明提供的含潮流控制的单双极性可转换的直流输电方法流程图。首先由系统分析子系统功率是否有缺额,如果没有,则保持CB1闭合,CB2断开,系统运行在双极直流输电系统,并向主系统送电。保持监测子系统状态,一旦发现子系统出现功率缺额,则断开CB1,闭合CB2,直流输电系统进入单极运行状态,监测子系统功率缺额,更改两个受端VSC的功率指令值,使其灵活调控流向主系统和子系统的潮流。系统开关状态及VSC运行工况如下表1所示。
表1系统状态表
直流系统状态 | 送端VSC控制状态 | 受端VSC控制状态 | CB1状态 | CB2状态 |
双极运行 | 定直流电压 | 定功率 | 闭合 | 断开 |
单极运行 | 定直流电压 | 定功率 | 断开 | 闭合 |
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:搭建拓扑结构及参数模型;其中所述拓扑结构及参数模型包括四个换流器A1~A4、四个变压器V1~V4、四组由L、R、C构成的滤波器U1~U4、开关CB1、开关CB2、三条直流输电线H1~H3;
所述的换流器A1的交流侧通过滤波器U1与变压器V1的一端连接;
所述的换流器A1的另一端与直流输电线H1、H2的一端连接;
所述的直流输电线H1、H2的另一端与换流器A3的直流端连接;
所述的换流器A3的交流侧通过滤波器U3与变压器V3连接;
所述的换流器A2的交流侧通过滤波器U2与变压器V2相连;
所述的换流器A2的另一端与直流输电线H2、H3相连;
所述直流输电线H2、H3的另一端与换流器A4相连;
所述换流器A4的另一端通过滤波器U4与变压器V4相连;
所述的变压器V3与变压器V4之间用开关CB1连接;
所述的变压器V4通过开关CB2与子交流电网电源连接;
所述的变压器V3的输入端与主交流电网电源连接;
所述的变压器V1和变压器V2的输入端与总电网电源连接;
所述的换流器A1~A4的交流端通过交流链路连接交流系统;
所述的换流器A1~A4的直流端分别与直流系统连接;
所述的换流器A1~A2为整流侧,用于控制直流线路的直流电压,换流器A3~A4为逆变侧,用于控制直流线路的功率;
S2:获取交流系统功率状况;
S3:判断功率缺额情况,确定直流输电系统功率调配比例,根据所述直流输电系统功率调配比例,实现直流系统单双极性转换及潮流调控:
通过双闭环控制,更改逆变器功率控制器指令值,调控功率分布;
(1)获取交直流系统潮流工况,计算功率缺额;
(2)通过双闭环控制修改功率指令值;
流经换流器内部电感的电流方程为:
其中,vcPd和vcPq为换流器出口交流电压的dq分量,M1Pd和M1Pq为换流器调制系数的dq轴分量,EdcP为换流器整流侧直流电压;内环控制量为:
其中,v1Pdpu和v1Pqpu为换流器出口交流电压的dq轴分量的标幺值,L1ppu为整流侧换流器正极的总电感的标幺值,I1Pqpu和I1Pdpu为换流器交流侧电流的dq轴分量的标幺值,Kp为比例增益,为I1Pd的期望值,/>为I1Pq的期望值,I1Pd和I1Pq为换流器交流侧电流的dq轴分量,Ki为积分增益;
(3)跳转步骤(1),重新分析是否存在功率缺额,确定系统运行工况;其中运行工况为双极或单级运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法,其特征在于:所述的单双极性的直流输电系统的状态为运行在单极直流输电状态或运行在双极直流输电状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于单双极性可转换的直流输电运行方法,其特征在于:所述的步骤S2具体如下:
从能量管理系统实时获取交流电网功率运行状况的数据信息,对系统功率分配方式进行计算和调控。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的交流链路上设置有交流断路器,换流器A1~A4的交流端与通过交流断路器相连。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的交流链路上设置有交流变压器。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的换流器为电压源型换流器;所述的电压源型换流器的整流侧用于控制直流线路的直流电压,逆变侧用于控制直流线路的功率,调控送往不同交流系统的功率。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述的电压源型换流器为基于全控型开关器件的三相全桥交流-直流变换电路;所述的基于全控型开关器件的三相全桥交流-直流变换电路为两电平拓扑结构、三电平拓扑结构或模块化多电平拓扑结构。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0146725A1 (de) * | 1983-11-09 | 1985-07-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme des Normalbetriebes einer Hochspannungsgleichstromübertragungsstrecke |
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2017
- 2017-11-13 CN CN201711118579.1A patent/CN107887922B/zh active Active
Patent Citations (5)
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---|---|---|---|---|
EP0146725A1 (de) * | 1983-11-09 | 1985-07-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme des Normalbetriebes einer Hochspannungsgleichstromübertragungsstrecke |
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