CN107968423B - 一种无源mmc站并入不同电压等级的直流电网的控制方法 - Google Patents

一种无源mmc站并入不同电压等级的直流电网的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107968423B
CN107968423B CN201711268992.6A CN201711268992A CN107968423B CN 107968423 B CN107968423 B CN 107968423B CN 201711268992 A CN201711268992 A CN 201711268992A CN 107968423 B CN107968423 B CN 107968423B
Authority
CN
China
Prior art keywords
passive
direct current
station
mmc
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711268992.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107968423A (zh
Inventor
贾秀芳
韩乃峥
许建中
赵成勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201711268992.6A priority Critical patent/CN107968423B/zh
Publication of CN107968423A publication Critical patent/CN107968423A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107968423B publication Critical patent/CN107968423B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H02J3/386—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了属于柔性直流输电领域的一种无源MMC站并入不同电压等级的真双极直流电网的控制方法。本发明核心方案是：首先，采用定交流电压和频率控制将DC/DC变换器端口1解锁，同时投入直流电压匹配控制；其次，采用定直流电压和无功功率控制将端口2解锁，并调整直流电压控制指令；再次，将端口2与无源MMC站连接，采用定交流电压和频率控制将无源MMC站解锁，同时投入直流电压匹配控制；最后，将无源系统接入，同时改变功率参考值以适应无源系统的投入。本发明采用为无源MMC站并入不同电压等级的真双极直流电网提供了一种有效方法，保证了无源MMC站并入过程中的平滑性，对原直流电网系统的冲击较小，工程实践性强。

Description

一种无源MMC站并入不同电压等级的直流电网的控制方法
技术领域
本发明属于柔性直流输电技术领域，特别涉及一种无源MMC站并入不同电压等级的直流电网的控制方法。
背景技术
基于电力电子技术的柔性直流系统由于其功率的独立控制、无换向失败等优点，成为了直流电网发展的主流趋势。模块化多电平换流器（Modular multilevel converter，MMC）作为一种新型的输电技术，换流站桥臂的拓扑结构采用了子模块级联，换流站的系统级有功类控制包括直流电压控制、有功功率控制和频率控制，无功类控制包括无功功率控制和交流电压控制，需根据不同的工况对控制方式和具体控制参数进行调整。MMC具有电压等级容易拓展、输出电压电流谐波含量低波形品质高、开关频率和运行损耗低、可向无源网络供电等诸多优点，因此MMC已成为构建直流电网的主流换流器。随着直流输电工程逐渐朝着高压大容量方向发展，多直流电压等级的基于MMC的真双极直流电网是未来直流电网的发展趋势。
考虑到直流电网可灵活扩展的优势，MMC站接入不同电压等级的真双极直流电网是今后普遍存在的问题。目前，对该问题的研究较少，尤其针对无源MMC站的并入问题鲜有涉及。相关研究成果仅停留在双端和多端直流输电系统中某个换流站的启动控制方法和整个系统的启动控制方法。而在离线MMC站在线并入不同电压等级的直流电网中的过程中，需要实现DC/DC变换器的平稳启动，而且对于无源MMC站，其不能通过自身交流侧系统为其子模块进行充电，因此仅能由直流电网提供DC/DC变换器和无源MMC站的充电功率。若不能采取合理的无源MMC站接入不同电压等级的直流电网的控制方法，将导致无源MMC站并入时产生的冲击电流过大，损坏子模块电容和其他关键设备并且影响整个直流电网的安全、稳定运行。因此需采取合理的控制方法，以实现无源MMC站平滑地接入不同电压等级的直流电网。
发明内容
本发明的目的是提出一种无源MMC站并入不同电压等级的真双极直流电网的控制方法。因在研究启动问题时，风电场自身无法建立稳定的交流电，所以本发明所述的无源MMC站不仅包括交流侧为真实无源系统的MMC站，还包括交流侧为风电场的MMC站；所述无源站将要并入的直流电网称为原直流电网；所述原直流电网和无源MMC站均为真双极接线方式；所述无源MMC站和原直流电网由DC/DC变换器实现不同直流电压等级的连接，DC/DC变换器主要由两端传统半桥式MMC经连接变压器构成；所述DC/DC变换器与原直流电网相连的一端称为端口1，与无源MMC站相连的一端称为端口2，真双极系统中端口1和端口2均包括正、负两极，所述控制方法对正、负两极同时采取相同的操作，以下文字描述不区分正负两极，统一描述。实施本发明提出的控制方法之前，即在无源MMC站接入前，初始状态为原直流电网已处于稳定运行状态；DC/DC变换器和无源MMC站均处于闭锁状态；各直流断路器和直流隔离开关均处于打开状态；主要步骤如下：
步骤1：闭合原直流电网与DC/DC变换器相连的直流隔离开关，同时投入限流电阻，当DC/DC变换器端口1中的子模块电容电压达到额定值的1/2后，退出限流电阻，闭合DC/DC变换器端口1与连接变压器相连的交流断路器，采用定交流电压和频率控制将端口1解锁，同时投入直流电压匹配控制；
步骤2：当DC/DC变换器中间交流电压已稳定，并且端口2中的子模块电容经闭锁充电而使得端口2的直流电压达到交流电压线峰值U l后，采用定直流电压和无功功率控制将端口2解锁，将直流电压控制指令由U l斜率上升至其额定值；
步骤3：当端口2的直流电压实际值上升至额定值后，闭合端口2与无源MMC站之间的直流断路器，同时投入限流电阻；
步骤4：无源MMC站中的子模块电容电压达到额定值的1/2后，退出限流电阻，采用定交流电压、频率控制将无源MMC站解锁，同时投入直流电压匹配控制；
步骤5：无源MMC站的交流电压稳定后，闭合无源MMC站交流断路器，无源系统投入，同时直流电网中定功率控制站改变功率参考值以适应无源系统的投入。
上述步骤1和步骤4所述的直流电压匹配控制，其特征在于，在换流站解锁瞬间增大换流站每相上下桥臂投入的子模块数量总和，使换流站建立的直流电压和与其相连的直流系统电压相匹配。
本发明充分利用了无源MMC站和DC/DC变换器的闭锁充电和解锁充电特点，充分利用了MMC灵活的控制方式，通过五个步骤保证了无源MMC站和DC/DC变换器的有序充电，保证了无源MMC并入过程中的平滑性，对原直流电网系统的冲击较小，工程实践性强。
附图说明
图1为典型的真双极直流电网拓扑示意图，该直流电网分为上、下两层，上层为四端环状结构，下层为含无源MMC站的单端柔直线路，上、下层直流电压等级不同，由DC/DC变换器相连。其中C1、C2、C3、C4、C5代表MMC换流站，其中C5为无源MMC站，G1、G2、G3、G4代表交流系统，B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7代表直流母线。
图2为对应图1中DC/DC变换器的正极拓扑示意图，该DC/DC变换器采用基于MMC的传统半桥式结构。
图3为对应图1真双极直流电网的下层部分的详细接线方式示意图，包括图2所示的DC/DC变换器、无源站C5以及各开关的详细接线方式。
需要说明的是本发明针对的直流电网并不局限于图1所示的典型的直流电网拓扑，该上层四端直流电网可替换为MMC换流站任意互连的直流电网系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
初始状态为图1中所示的上层直流电网处于正常运行状态，图1中所示的下层含DC/DC变换器的单端柔直线路的具体接线方式示意图如图3所示，图1中所示的DC/DC变换器的正极拓扑示意图如图2所示，图2和图3所示的DC/DC变换器和无源MMC站均处于闭锁状态，图3所示的各开关均处于打开状态，主要步骤如下：
步骤1：闭合图3所示的原直流电网的直流母线与DC/DC变换器相连的直流隔离开关，同时投入限流电阻，此时，由直流电网提供充电功率，DC/DC变换器的端口1在闭锁状态下进行不控充电。当DC/DC变换器端口1中的子模块电容电压达到额定值的1/2（额定值的1/2为子模块电容电压在此不控充电阶段能够达到的最大值）后，退出限流电阻，闭合DC/DC变换器端口1与连接变压器相连的交流断路器，采用定交流电压和频率控制将端口1解锁，同时投入直流电压匹配控制。直流电压匹配控制即在MMC的基本控制策略（此阶段为MMC矢量控制中具体的定交流电压和频率控制）基础上，在瞬间增大换流站每相上、下桥臂投入的子模块数量总和，以使换流站建立的直流电压和与其相连的直流系统电压相匹配，减小瞬间产生的冲击电流。随后，在定交流电压和频率控制的作用下，DC/DC变换器中间的交流电压逐渐建立，DC/DC变换器端口1经解锁状态下的可控充电，其子模块电容电压逐渐提升至额定值，DC/DC变换器端口2在闭锁状态下进行不控充电。
步骤2：当DC/DC变换器中间交流电压已稳定，并且端口2中的子模块电容经闭锁充电而使得端口2的直流电压达到交流电压线峰值U l后，采用定直流电压和无功功率控制将端口2解锁，将直流电压控制指令由U l斜率上升至其额定值。此时，DC/DC变换器端口2在闭锁状态下的进行可控充电，其子模块电容电压逐渐提升至额定值。
步骤3：当端口2的直流电压实际值上升至额定值后，闭合端口2与无源MMC站之间的直流断路器，同时投入限流电阻。此时，无源MMC站在闭锁状态下进行不控充电。
步骤4：无源MMC站中的子模块电容电压达到额定值的1/2（额定值的1/2为子模块电容电压在此不控充电阶段能够达到的最大值）后，退出限流电阻，采用定交流电压、频率控制将无源MMC站解锁，同时投入与步骤1中所述相同的直流电压匹配控制。此时，无源MMC站在解锁锁状态下进行可控充电，在定交流电压、频率控制下，其交流电压逐渐建立。
步骤5：无源MMC站的交流电压稳定后，闭合无源MMC站交流断路器，无源系统投入，同时直流电网中定功率控制站改变功率参考值以适应无源系统的投入。
需要说明的是步骤1，2，3，4和5整体作为发明内容整体作为发明内容，五个步骤为有机的不可分割的整体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种无源MMC站并入不同电压等级的真双极直流电网的控制方法，其特征在于：通过利用MMC换流站灵活的控制方式，实现了无源MMC站和DC/DC变换器的有序充电，保证了无源MMC站并入过程中的平滑性，对原直流电网系统的冲击较小；
因在研究启动问题时，风电场自身无法建立稳定的交流电，所述的无源MMC站不仅包括交流侧为真实无源系统的MMC站，还包括交流侧为风电场的MMC站；将无源MMC站要并入的直流电网称为原直流电网；所述原直流电网和无源MMC站均为真双极接线方式；所述无源MMC站和原直流电网由DC/DC变换器实现不同直流电压等级的连接，所述DC/DC变换器由两端传统半桥式MMC经连接变压器构成；所述DC/DC变换器与原直流电网相连的一端称为端口1，与无源MMC站相连的一端称为端口2，真双极系统中端口1和端口2均包括正、负两极，所述控制方法对正、负两极同时采取相同的操作，以下文字描述不区分正负两极，统一描述；在无源MMC站接入前，初始状态为原直流电网已处于稳定运行状态；DC/DC变换器和无源MMC站均处于闭锁状态；各直流断路器和直流隔离开关均处于打开状态；步骤如下：
步骤1：闭合原直流电网与DC/DC变换器相连的直流隔离开关，同时投入限流电阻，当DC/DC变换器端口1中的子模块电容电压达到额定值的1/2后，退出限流电阻，闭合DC/DC变换器端口1与连接变压器相连的交流断路器，采用定交流电压和频率控制将端口1解锁，同时投入直流电压匹配控制；
步骤2：当DC/DC变换器中间交流电压已稳定，并且端口2中的子模块电容经闭锁充电而使得端口2的直流电压达到交流电压线峰值Ul后，采用定直流电压和无功功率控制将端口2解锁，将直流电压控制指令由Ul斜率上升至其额定值；
步骤3：当端口2的直流电压实际值上升至额定值后，闭合端口2与无源MMC站之间的直流断路器，同时投入限流电阻；
步骤4：无源MMC站中的子模块电容电压达到额定值的1/2后，退出限流电阻，采用定交流电压、频率控制将无源MMC站解锁，同时投入直流电压匹配控制；
步骤5：无源MMC站的交流电压稳定后，闭合无源MMC站交流断路器，无源系统投入，同时直流电网中定功率控制站改变功率参考值以适应无源系统的投入。
2.根据权利要求1所述的一种无源MMC站并入不同电压等级的真双极直流电网的控制方法，其特征在于：直流电压匹配控制的基本原理是在换流站解锁瞬间增大换流站每相上下桥臂投入的子模块数量总和，使换流站建立的直流电压和与其相连的直流系统电压相匹配。
CN201711268992.6A 2017-12-05 2017-12-05 一种无源mmc站并入不同电压等级的直流电网的控制方法 Active CN107968423B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711268992.6A CN107968423B (zh) 2017-12-05 2017-12-05 一种无源mmc站并入不同电压等级的直流电网的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711268992.6A CN107968423B (zh) 2017-12-05 2017-12-05 一种无源mmc站并入不同电压等级的直流电网的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107968423A CN107968423A (zh) 2018-04-27
CN107968423B true CN107968423B (zh) 2020-07-07

Family

ID=61999387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711268992.6A Active CN107968423B (zh) 2017-12-05 2017-12-05 一种无源mmc站并入不同电压等级的直流电网的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107968423B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111948490B (zh) * 2020-08-05 2023-01-10 汪子岩 一种有源配电网的故障定位和处理方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104953608A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 常勇 一种联于无源网络的模块化多电平换流器型高压直流输电系统直流侧预充电启动方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104953608A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 常勇 一种联于无源网络的模块化多电平换流器型高压直流输电系统直流侧预充电启动方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
模块化多电平式柔性直流输电换流器的;孔明等;《电网技术》;20111130;第35卷(第11期);67-71 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107968423A (zh) 2018-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107069679B (zh) 一种对称双极mmc直流侧单极接地故障穿越和恢复方法
EP3651305A1 (en) Chained multi-port grid-connected interface apparatus and control method
CN101345419B (zh) 串联电压质量调节器及快速投入和切除方法
CN110011282B (zh) 一种直流短路故障性质判断方法及直流系统重合闸方法
CN106655237A (zh) 多端柔性高压直流输电系统直流单极接地的故障穿越方法
US20210376594A1 (en) Resistive sub-module hybrid mmc and direct current fault processing strategy thereof
US20240030715A1 (en) Submodule hybrid mmc with low full-bridge ratio and dc fault processing method thereof
CN112600246B (zh) 一种海上风电柔性直流并网系统及其启动方法
CN108418236B (zh) 一种柔性多状态开关交流故障穿越方法
CN107069818B (zh) 一种基于混合控制策略的无缝切换控制系统及方法
CN112366809B (zh) 一种带有新能源的纵联电站备自投装置
CN112448388B (zh) 基于智能软开关与联络开关并联的转供电系统的控制方法
CN110994662A (zh) 海上风电柔性直流送出系统启停控制方法
Zarei et al. Protection of active distribution networks with conventional and inverter-based distributed generators
Xu et al. Modular multilevel converter with embedded energy storage for bidirectional fault isolation
CN116317661B (zh) 一种am-mmc的交流启动控制方法及控制系统
CN105703370B (zh) 一种串补与换流器结合的统一潮流控制器
CN113036768A (zh) 一种基于智能变压器的配电网综合优化方法
Zhao et al. Medium-voltage DC power distribution technology
CN110247418B (zh) 基于柔性多状态开关的交直流混合配电网及控制试验方法
CN104659807B (zh) 一种mmc型柔性直流换流器在线无缝并网的方法
CN107968423B (zh) 一种无源mmc站并入不同电压等级的直流电网的控制方法
Zhao et al. Summary and prospect of technology development of MVDC and LVDC distribution technology
CN109861192B (zh) 一种柔性直流换流器直流故障电流抑制方法及其应用
CN113346500B (zh) 一种支持微电网全自治控制的柔性切换变流器及控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant