CN108092296A - 直流输电系统和方法 - Google Patents
直流输电系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108092296A CN108092296A CN201711176931.7A CN201711176931A CN108092296A CN 108092296 A CN108092296 A CN 108092296A CN 201711176931 A CN201711176931 A CN 201711176931A CN 108092296 A CN108092296 A CN 108092296A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- voltage
- inverter
- inverter system
- systems
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims description 47
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 19
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
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
-
- 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
- H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
- H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
-
- 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)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本文公开了一种功率输送系统的独特系统、方法、技术和设备。一个示例性实施例是用于转换高压直流(HVDC)功率的AC功率输送系统，转换系统包括AC电缆系统、第一换流器系统、第二换流器系统和控制系统。第一换流器系统被构造成接收AC功率、将AC功率转换成DC功率以及输出DC功率。第二功率换流器系统被构造成接收DC功率、将DC功率转换成第二AC功率以及输出第二AC功率。控制系统被构造成接收功率需求信息、确定小于额定HVDC电压的减小的DC电压、控制第一换流器系统使得DC功率被控制成减小的电压并且控制第二功率换流器系统以有功功率控制模式操作。
Description
技术领域
本公开涉及一种输电系统和方法，更具体地，涉及一种直流输电系统和方法。
背景技术
本公开大体涉及功率输送系统。交流(AC)功率线通常用在大容量功率输送中。随着连接至功率输送系统的客户数目的增加，功率需求将超过现有的AC功率线的容量。增加功率线容量的一种方式是将现有的AC功率线转换成直流(DC)功率线。增加功率线容量在安装额外功率线成本高且耗时的区域(例如市区)是特别重要的。用于将功率输送系统转换成DC功率线的现有的方法和系统面临很多的缺点和劣势。存在未满足的需求，包括增加输送线寿命、减小工作应力、减小运行成本、减小功率损坏以及增大可靠性。例如，以高电压恒定地输送功率的DC功率线面临高工作应力、减小的线路寿命的问题。对于本文所公开的独特的设备、方法、系统和技术存在显著的需求。
发明内容
为了清楚、简要并且准确地描述本公开的非限制性示例性实施例、使用和制造其的方式和过程以及使得能够制造和使用其的实践的目的，现在将参照一些示例性实施例(包括附图中示出的那些)并且使用特定语言对其说明。尽管如此，应当理解的是，由此不是对本公开的范围的限制，并且本公开包括并且保护在本公开的权益下对于本领域技术人员而言容易想到的示例性实施例的这种变化、修改和进一步应用。
示例性实施例包括用于功率输送系统的独特系统、方法、技术和设备。根据下面的说明和附图，进一步的实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得明显。
附图说明
图1示出示例性功率输送系统。
图2是示出示例性DC输送系统的功率特征的图。
图3是示出在示例性功率输送系统中使用的两个可能的DC电压参考值的多个图。
图4示出在示例性功率输送系统中的功率换流器。
图5示出另一示例性功率输送系统。
具体实施方式
参照图1，图1示出以对称单极配置电耦合在第一功率网路101和第二功率网络103之间的示例性功率输送系统100。在示出的实施例中，系统100被构造成从网络101和网络103输送AC功率。系统100还可以被构造成在网络103和网络101之间输送双向AC功率。在示出的实施例中，系统100输送三相AC功率。在其它实施例中，系统100可以被布置成另一配置，例如非对称单极配置、双极配置、串联桥配置、或多端子配置。网络101和103可以是电源、电负载、配电线的网络和/或输电线的网络。应当理解的是，系统100可以实施在输电线或配电线中，叫出名的一些示例包括架空线、地下线、城市功率线、高压线、中压线、或低压线。
系统100包括三个高压输电线105、107、109。输电线可以是适于并入系统100的其它元件的新建线或现有线。输电线105、107、109可以是高压AC输电线，构造成在几英里至几百英里的距离上以69kV-345kV的电压输送AC功率。输电线105、107、109可以是用系统100的其它元件改造以增强输电线功率容量的现有的地下城市功率线。
系统100包括变压器111，该变压器111具有借助线分段105a、107a、109a电耦合至网络101的分接头变换器。变压器111被构造成以以下方式调节输电线105、107、109上的电压，即从网络101接收具有非期望电压的AC功率，调整分接头的位置，以及输出具有固定期望电压的AC功率。在一些实施例中，变压器111可以不被包括在系统100中。应当理解的是，变压器111的前述特征的任何一个或全部也可以存在在本文所公开的其它分接头变换器中。
功率换流器113借助线分段105a、107a、109a电耦合至变压器111。换流器113包括多个开关装置，并且被构造成从变压器111接收AC功率，将AC功率转换成DC功率以及输出DC功率。在一种布置中，换流器113将具有正电压的DC功率输出至线分段105c、107c、109c中的一个，并且将具有负电压的DC功率输出至线分段105c、107c、109c中的另一个。第三输电线可以用作中性线、对高功率需求做出响应的补充输电线、金属回线、或对一个或其它输电线的故障或断电维护做出响应的替换输电线。在系统100的实施期间，基于输电线的包括线绝缘完整性和线容量的相对健康状况，对哪个线分段105c、107c、109c用作中性线、补充输电线、金属回线、或替换输电线做出选择。例如，可以选择表现出最劣化的导体和/或绝缘的现有AC电力线作为中性线、补充输电线、金属回线或替换输电线。在一些实施例中，功率换流器113包括被布置在模块多电平换流器拓扑或另一级联换流器拓扑中的多个开关装置。功率换流器113可以是两级或三级电压源换流器或电流源换流器。应当理解的是，换流器113的前述特征中的任何一个或所有可以存在于本文公开的其它功率换流器中。
第二换流器115电耦合至线分段105c、107c、109c。换流器115被构造成从线分段105c、107c、109c接收DC功率，将接收的DC功率转换成AC电流，并且输出AC功率。在一些实施例中，系统100包括旁路开关，在系统100停机的情况下(诸如换流器113或换流器115维护或部件故障期间)，该旁路开关将网络101选择性地耦合至网络103。在线分段105c、107c或109c中的一个故障或维护的情况下，系统101可以操作为非对称单极配置。
具有分接头变换器的变压器116通过线分段105d、107d和109d电耦合至换流器115。网络103借助线分段105e、107e和109e电耦合至变压器116。
系统100包括控制系统117，其包括控制器117a和117b。在一些实施例中，系统100被构造成输送双向功率，控制器117a被配置成执行关于控制器117b所描述的功能，并且控制器117b被配置成执行关于控制器117a所描述的功能。每个控制器可以是配置成执行本文关于控制器所描述的功能的单个装置或多个装置。
控制器117a电耦合至换流器113。控制器117a还电耦合至系统操作器121和多个系统传感器123。在一些形式中，系统传感器123的一个子集可以专用，并且操作性地与控制器117a和与其相关联的系统设备耦合，并且系统传感器123的另一个子集可以专用并且操作性地与控制器117b和与其相关联的系统设备耦合。在一些形式中，系统传感器123可以操作性地与控制器117a和控制器117b两者耦合。
控制器117a被构造成操作换流器113，以从网络101接收AC功率，将接收的AC功率转换成DC功率以及将DC功率输送至换流器115。控制器117a通过将多个激活信号输送至换流器113的多个开关装置以选择性地打开和关闭多个开关装置来操作换流器113。控制器117a可以被配置成使用脉宽调制生成激活信号。控制器117a被配置成使用从系统操作器121和传感器123接收的数据来生成激活信号。控制器117a可以定期地(例如在5分钟的时间段内)评价是否改变换流器113的DC输出电压。
在正常功率需求期间(诸如轻度或中度功率需求)，控制器117a降低换流器113的DC输出电压。例如，控制器117a可以操作换流器113，以将DC功率电压降低至线分段105c、107c和109c被设计成操作的最高高压DC(HVDC)的50％，该最高高压DC这里也称为额定DC电压或额定HVDC电压。例如，用于输电线的HVDC电压可以在包括80kV-320kV的范围内。应当理解的是，额定DC电压是关于线分段105c、107c和109c从AC功率输送转换成DC功率输送而建立的额定电压，并且用于线分段的额定DC电压可以大于线分段105c、107c和109c被初始地设计成操作的额定峰值线到地AC电压。换流器113输出的DC电压的范围可以是0V至额定HVDC电压。在一些实施例中，宽范围的操作DC电压等级可以在该范围内实现。为了设计和操作，一些实施例可以定义操作DC电压等级的集合，例如2-3个操作DC电压等级。
在峰值功率需求时间期间，控制器117a暂时地将换流器113的DC输出电压增加至更高电压等级，诸如额定DC电压。控制器117a可以被构造成控制变压器111的分接头变换器。在一些实施例中，控制器117a可以操作换流器113，以输出两个或更多个增大的DC功率电压等级。控制器117a可以操作换流器113以控制AC输送系统的无功功率分量。
系统操作器121被配置成将参考值形式的功率调度命令输送至控制器117a和117b。参考值数据的值代表基于预测需求和能源成本的优化输出。参考值对应于网络101和103之间的功率输送的期望电特性。系统操作器121可以输送有功功率参考值、无功功率参考值和AC电压参考值。操作器121可以是电网操作器或高等级控制器(例如广域控制系统)。在一些实施例中，系统操作器可以仅输送无功功率参考值和AC电压参考值中的一个。系统操作器121可以以固定间隔输送参考值数据。在一些实施例中，系统操作器121以5分钟间隔向控制器117a和117b输送参考值数据。
系统传感器123被配置成测量系统100的电特性并且将测量数据输送至控制器117a和117b。例如，传感器123可以测量在线分段105c、107c和109c上的DC电压；在线分段105e、107e和109e上的AC功率的有功功率分量；在线分段105e、107e和109e上的AC功率的无功功率分量；或在线分段105e、107e和109e上的AC功率的线到地电压。传感器123可以在每个换流器处本地定位，并且被构造成收集本地测量，或者传感器123可能远程地定位并且构造成收集宽区域测量。
使用来自系统操作器121的数据(例如有功功率参考值)，控制器117a被构造成计算DC电压参考值。控制器117a针对每个时间段计算电压参考值。电压参考值通过系统功率输送容量和服务寿命目标来确定。例如，当系统100必须在网络101和网络103之间输送高于或等于系统100的额定功率输送容量的85％时，电压参考值可以对应于额定HVDC电压。当系统100必须输送低于或等于系统100的额定功率输送容量的85％时，电压参考值可以基于系统100的服务寿命目标而对应于减小的DC电压。DC操作电压从额定HVDC电压减小(诸如5％-10％)延长输电线的服务寿命。
在紧急操作情况下，其中系统100需要在下一时间段开始之前对网络101或网络103中的变化做出响应，控制器117a和117b从系统操作器121或另一高等级控制器接收紧急控制信号，并且响应于紧急控制信号立即分别修改换流器113和115的操作。
控制器117b电耦合至换流器115。控制器117b还电耦合至系统操作器121和多个系统传感器123。控制器117b被构造成操作换流器115，以从网络换流器113接收DC功率、将DC功率转换成AC功率以及将转换的AC功率输出至网络103。换流器115被用控制器117b控制，以便以由从系统操作器121接收的数据所指示的电压、有功功率分量、和无功功率分量来输出AC功率。
为了实现额定和减小DC操作电压之间的平滑过渡，AC功率的由换流器115输出的有功功率分量和DC功率的用换流器113输出的电压可能需要以不同的渐变速度逐渐地坡升或坡降至期望的水平。例如，当DC操作电压从额定值下降至用于正常功率需求状况的减小值时，有功功率的渐变速度可以比DC电压的渐变速度快。相反，当系统操作从减小DC电压模式改变成用于峰值功率需求状况的额定DC电压模式时，有功功率的渐变速度可以比DC电压的渐变速度慢。应当理解的是，系统100的前述特征的任何一个或全部可以存在在本文所述的其它功率输送系统中。
参照图2，图2是示出示例性功率输送系统的DC(诸如图1的系统100)功率输送部的功率特性的图200。图200包括DC功率线201、DC电流线203、和DC电压线205，DC功率线201示出在换流器113和115之间输送的DC功率。DC电流线203示出在换流器113和115之间输送的DC功率的电流幅度。DC电压线203示出在换流器113和115之间输送的DC功率的电压幅度。图200的线被分成时间区间207a-207j。用时间段207d、207h和207i示出三个峰值需求时间段。如关于控制系统117所述的，换流器113和115之间的输电线分段上的DC功率电压增大以适应峰值功率需求。当峰值功率需求消退时，换流器113和115之间的输电线分段上的DC功率电压减小，以减小输电线上的工作应力，由此增加输电线寿命，如时间段207e和207j的时间段所示。如图200所示，可以在每个时间段的开始调整DC功率电压。在紧急操作事件期间，可以在时间段期间增大DC功率电压，以对不可预测的峰值功率需求或意外的减小功率供给来做出响应。一旦峰值功率需求消退，可以在下一个时间区间减小DC功率电压。
参照图3，示出图310和320，其示出由示例性功率输送系统(诸如图1的系统100)所用的DC电压参考值。图310包括线311，线311示出电压参考值相对于由控制器117a计算的有功功率参考值的单步增加。例如，响应于接收到有功功率参考值，而该有功功率参考值需要将系统100输出的有功功率输出增大至大于换流器容量的80％的值，控制器117a可以将电压参考值从额定DC电压的80％增大至额定DC电压的100％。图320包括线321，线321示出电压参考值相对于由控制器117a计算的有功功率参考值的逐渐增加。电压参考值用控制器117a计算。在一些实施例中，使用多步模式、指数曲线或对数曲线来增大或减小电压参考值。
参照图4，图4示出用于示例性功率输送系统(诸如图1的系统100)的调制多等级功率换流器400，其通过三条AC输电线403电耦合至变压器401。功率换流器400包括多个换流器411，针对每相输入有一个换流器。每个换流器411包括上臂413和下臂415。每个上臂413包括全桥单元417、多个半桥单元419和电感器421，电感器421串联电耦合在一个AC输电线403和正DC输出端子405a之间。每个下臂415包括全桥单元417、多个半桥单元419和电感器421，电感器421串联电耦合在一个AC输电线403和负DC输出端子405b之间。在一些实施例中，可以不需要变压器401。换流器401可以在系统100的减小电压操作期间维持AC电压可控性和无功功率支持容量。
在一些实施例中，半桥单元419用全桥单元替换，将DC输出范围从0V增加至额定DC电压。例如，在轻度和中度状况期间，DC电压输出可以以额定DC电压的50％-80％操作。在一些实施例中，在轻度或中度功率需求期间，可以将每个换流器411的串联连接的单元的一个或多个电压输出减小至零，同时维持其余单元的正常电压输出。在一些实施例中，控制器可以调节用换流器400接收的激活信号，以提高或降低电压，来消除对于变压器401的需要。
在其他实施例中，变压器401可以利用分接头变换器来实施，并且换流器411不包括全桥单元417。去除所有全桥单元将DC输出范围减小至额定DC电压的近似90％到额定DC电压，以便维持换流器400的控制。为了进一步减小电压，变压器401需要匹配具有电网校正(grid collate)的换流器AC电压，电网校正具有高调节范围的分接头变换器功能。为了在宽范围DC电压适当操作，分接头变换器可以被用于维持所需的无功功率支持的全部容量。
图4A示出全桥单元417中的一个全桥单元，该全桥单元包括全部并联耦合的两个腿417a和417b以及电容器417。每个腿包括两个开关装置(诸如与二极管反并联配置的耦合的绝缘栅双极晶体管(IGBT))和节点。每个腿的节点被电耦合至另一单元、DC输出端子、或AC输电线。
图4B示出半桥单元419中的一个半桥单元，其包括并联电耦合的一个腿419a和电容器419b。腿419a包括两个开关装置(诸如与二极管反并联配置的耦合的IGBT)和两个节点，每个节点被电耦合至另一单元、DC输出端子、或AC输电线。
参照图5，图5示出以双极配置电耦合在第一功率网络501和第二功率网络503之间的示例性功率输送网络500。系统100包括三条高压输电线505、507和509。系统100包括一对功率变压器511a、511b，每个功率变压器具有分接头变换器，并且借助线分段505a、507a、和509a而电耦合至网络101。功率换流器513a借助线分段505b、507b、和509b电耦合至变压器511a。第二功率换流器513b借助线分段505b、507b、和509b电耦合至变压器511b。
换流器513a和513b包括多个开关装置，并且被构造成分别从变压器511a和511b接收AC功率，将AC功率转换成DC功率并输出DC功率。在一种布置中，换流器511将具有正电压的DC功率输出至线分段505c、507c和509c中的一个，并且将具有负电压的DC功率输出至线分段505c、507c和509c中的另一个。第三输电线(诸如线分段507c)可以用作中性线、对高功率需求做出响应的补充输电线、金属回线、或对一个或其它输电线的故障或断电维护做出响应的替换输电线。
一对换流器515a和515b电耦合至线分段505c、507c和509c。换流器515a和515b被构造成从线分段505c、507c和509c接收DC功率，将接收的DC功率转换成AC电流并输出AC功率。
具有分接头变换器的变压器516a借助线分段505d、507d和509d电耦合至换流器515a。具有分接头变换器的变压器516b借助线分段505d、507d和509d电耦合至换流器515b。网络503借助线分段505e、507e和509e电耦合至变压器515a和515b。
系统500包括控制系统517，其包括多个控制器517a-517d。控制器517a被耦合至换流器513a；控制器517b被耦合至换流器513b；控制器517c被耦合至换流器515b；以及控制器517d被耦合至换流器515c。控制器517a-517d中的每个控制器电耦合至系统操作器521和多个系统传感器523。控制器517a和517b被构造成从系统操作器521和多个系统传感器523接收数据，并且以上面参照图1的系统100的控制系统117a所描述的方式分别操作换流器513a和513b。控制器517d和517c被构造成分别从系统操作器521和多个系统传感器523接收数据，并且以上面参照图1的系统100的控制系统117b所描述的方式分别操作换流器515a和515b。
应当想到，各实施例的各方面、特征、方法和操作可以用在任何其他实施例中，除非有明确的相反说明。所示的一些操作可以通过执行在非瞬时性计算机可读取存储介质上的计算机程序产品的计算机来实施，其中计算机程序产品包括使计算机执行操作中的一个或多个或者发布命令式其它装置执行一个或多个操作。
尽管在附图和前述说明中详细示出和说明了本公开，这些应当被认为是说明性的而非文字限制，应当理解的是，仅仅示出和说明了一些示例性实施例，但是在本公开精神下的所有变化和修改期望受到保护。应当理解的是，尽管在上面的描述中使用诸如优选的、优选地、优选或更优选来表示所描述的特征可以是更期望的，但是这些特征不是必需的，并且缺少该相同特征的任何实施例可以被认为是在本发明的范围以内，该范围由所附的权利要求限定。在阅读权利要求时，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”和“至少一部分”等词语时，除非在权利要求中特别相反地说明，否则这些词语并不旨在将权利要求限制为只有一个该项目。术语“的”可以被解释为与另一项目相关联或有关系以及如在所使用的上下文中所高职的术语另一项目或与另一项目有关系。术语“电耦合到”、“与……电耦合”等包括直接连接和耦合并且还包括不需要直接连接和耦合的情况，除非有明确的相反指明。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可以包括一部分和/或整个项目，除非特别相反地说明。
Claims (21)
1.一种被转换用于输送高压直流(HVDC)功率的AC功率输送系统，所述转换的系统包括：
AC电缆系统，包括三条电缆，所述三条电缆具有被配置用于输送额定峰值线到地AC电压的导体尺寸和绝缘尺寸；
第一换流器系统，被构造成接收AC功率、将所述AC功率转换成DC功率，并且将所述DC功率输出至所述AC电缆系统，所述第一换流器系统可受控制，以在从额定HVDC电压至小于所述额定HVDC电压的第二DC电压的范围内改变所述DC功率的电压，所述额定HVDC电压等于或大于所述AC电缆系统的所述额定峰值线到地电压；
第二功率换流器系统，被构造成从所述AC电缆系统接收所述DC功率、将所述DC功率转换成第二AC功率、并且输出所述第二AC功率；以及
控制系统，被构造成接收功率需求信息、使用所述功率需求信息确定小于所述额定HVDC电压的减小的DC电压、控制所述第一换流器系统，使得所述DC功率的所述电压被控制至所述减小的电压，以相对于所述HVDC电压来有效减小所述AC电缆系统上的应力，并且控制所述第二功率换流器系统以有功功率控制模式操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述AC电缆系统以对称单极配置来操作性地与所述第一换流器系统和所述第二换流器系统连接，其中所述三条电缆中的第一条电缆被用于正极DC功率输送、所述三条电缆中的第二条电缆被用于负极DC功率输送、以及所述三条电缆中的第三条电缆被用作备用。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制系统控制所述第一换流器系统，使得从所述控制系统通过使用所述功率需求信息来逐渐地减小所述有功功率输出而控制所述第二换流器系统的时候起，通过逐渐地减小电压来将所述DC功率控制至所述减小的电压。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一换流器系统和所述第二换流器系统各自包括调制多电平功率换流器，所述调制多电平功率换流器包括多个全桥单元。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一换流器系统包括所述调制多电平功率换流器，并且所述控制系统被构造成控制所述第一换流器系统，使得所述第一换流器系统被控制成在从所述额定HVDC电压的0％至100％的范围内改变所述DC功率的电压。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一换流器系统和所述第二换流器系统各自包括调制多电平功率换流器，所述调制多电平功率换流器包括多个全桥单元和多个半桥单元。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一换流器系统包括所述调制功率换流器，并且所述控制系统被构造成控制所述第一换流器系统，使得通过控制所述多个全桥单元的一部分以减小每个单元的电压输出来将所述DC功率控制至所述减小的电压。
8.一种用于将AC功率输送系统转换成高压直流(HVDC)功率输送系统的方法，所述方法包括：
将第一换流器系统耦合至AC电缆系统，所述第一换流器系统被构造成利用输入来接收AC功率，以可受控至额定HVDC电压的电压和可受控至低于所述额定HVDC电压的一个或多个电压的电压来将所述AC功率转换成DC功率，并且利用所述AC电缆系统输送所述DC功率，所述AC电缆系统包括被构造成以额定峰值线到地AC电压输送AC功率的多根输电线，所述额定HVDC电压大于所述额定AC电压；
将第二换流器系统耦合至所述AC电缆系统，所述第二换流器系统被构造成从所述第一换流器系统接收所述DC功率，将所述DC功率转换成第二AC功率，并且输出所述第二AC功率；以及
操作控制系统以周期性地接收功率需求信息，使用所述功率需求信息来计算小于所述额定HVDC电压的DC电压，控制所述第一换流器系统，使得利用所述第一换流器系统输送的所述DC功率的所述电压相对于所述HVDC电压来有效减小所述AC电缆系统上的应力，并且使用所述功率需求信息控制所述第二功率换流器系统。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述AC电缆系统以双极配置而操作性地与所述第一换流器系统和所述第二换流器系统耦合，其中所述三条电缆中的第一条电缆被用于正极DC功率输送、所述三条电缆中的第二条电缆被用于中性金属回线、以及所述三条电缆中的第三条电缆被用作负极DC功率输送。
10.根据权利要求8所述的方法，包括将包括分接头变换器的换流器变压器耦合至所述第一换流器系统和所述第二换流器系统中的一个或多个，并且操作所述控制系统，以使用所述功率需求信息来选择性地调整所述分接头变换器的位置。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一换流器系统或所述第二换流器系统中的至少一个包括调制多电平功率换流器，所述调制多电平功率换流器包括多个半桥单元。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一换流器系统包括所述调制功率换流器，并且所述控制系统被构造成控制所述第一换流器系统，使得通过控制所述多个半桥单元的一部分以减小每个单元的电压输出，来将所述DC功率控制至小于所述额定HVDC电压的电压。
13.根据权利要求8所述的方法，其中功率需求信息包括有功功率参考值以及无功功率参考值或AC电压参考值。
14.根据权利要求8所述的方法，包括：操作所述控制系统以接收紧急控制信号，响应于所述紧急控制信号来计算用于所述DC功率输送的操作电压，以及使用所计算出的操作DC电压来操作所述第一换流器系统，以便输出所述DC功率。
15.一种HVDC功率系统，被构造成改进包括多个AC输电线的AC输电系统的一部分，所述多个AC输电线被构造成以额定AC电压输送AC功率，所述功率系统包括：
AC/DC换流器系统，操作性地耦合至所述多个AC输电线，并且被构造成接收AC功率，以小于或等于额定HVDC电压的电压来将所述AC功率转换成DC功率，并且输出所述DC功率，所述额定HVDC电压大于所述额定AC电压；
DC/AC换流器系统，操作性地耦合至所述多个AC输电线，并且被构造成从所述AC/DC换流器系统接收所述DC功率，将所述DC功率转换成第二AC功率并且输出所述第二AC功率；
控制系统，被构造成接收功率需求信息，计算在所述额定HVDC电压的至少90％-100％的范围内的DC操作电压，与额定HVDC电压的恒定操作电压相比，所述DC操作电压有效减小所述AC输电线上的应力，操作所述AC/DC换流器系统以将所接收的AC功率转换成处于所计算出的DC操作电压的DC功率，并且使用所述功率需求信息来操作所述DC/AC换流器系统以将所述DC功率转成AC功率。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述AC/DC换流器系统和所述DC/AC换流器系统中的一个包括调制多电平功率换流器，所述调制多电平功率换流器包括多个全桥换流器单元或多个半桥换流器单元。
17.根据权利要求15所述的系统，包括电耦合至所述AC/DC换流器的变压器，并且所述变压器被构造成接收AC功率，通过升高或降低所述电压来修改所述AC功率的电压，并且将经修改的AC功率输出至所述AC/DC换流器。
18.根据权利要求15所述的系统，其中所述功率需求信息包括有功功率参考值以及无功功率参考值或AC电压参考值，所述参考值对应于所述AC功率输送系统操作条件。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制系统使用所述有功功率参考值来计算DC参考电压值，并且所述控制系统使用所计算出的DC参考电压值和所接收的功率需求信息来操作所述AC/DC换流器系统和所述DC/AC换流器系统。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制系统操作所述DC/AC换流器系统以使用所述有功功率参考值来将所述DC功率转成AC功率。
21.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制系统包括多个控制器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/358,814 | 2016-11-22 | ||
| US15/358,814 US9819188B1 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Direct current transmission system and method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108092296A true CN108092296A (zh) | 2018-05-29 |
| CN108092296B CN108092296B (zh) | 2021-03-23 |
Family
ID=60256059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711176931.7A Active CN108092296B (zh) | 2016-11-22 | 2017-11-22 | 直流输电系统和方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9819188B1 (zh) |
| CN (1) | CN108092296B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3070807B1 (en) * | 2015-03-19 | 2020-09-09 | General Electric Technology GmbH | Power transmission network |
| WO2016177535A1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-11-10 | Abb Schweiz Ag | Hybrid control method for an electrical converter |
| KR101629397B1 (ko) * | 2015-12-03 | 2016-06-13 | 연세대학교 산학협력단 | 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터 제어 장치 및 방법 |
| EP3429051B1 (en) * | 2017-07-11 | 2020-12-16 | MARICI Holdings The Netherlands B.V. | Method for operating an inverter, inverter and electric system comprising the inverter |
| CN111373648A (zh) * | 2017-11-22 | 2020-07-03 | 西门子股份公司 | 经由双极高压直流传输线路的能量传输 |
| CN107994599B (zh) * | 2017-12-07 | 2020-10-16 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种串联式电压源换流阀组的协调控制方法及装置 |
| KR102490765B1 (ko) * | 2018-05-28 | 2023-01-20 | 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 | 보상기 및 그의 제어 방법 및 장치 |
| US10890932B2 (en) | 2018-08-20 | 2021-01-12 | Eaton Intelligent Power Limited | Electrical network configured to magnetically couple to a winding and to control magnetic saturation in a magnetic core |
| JP6545426B1 (ja) * | 2018-12-25 | 2019-07-17 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
| US11750080B2 (en) | 2018-12-25 | 2023-09-05 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
| US11863082B2 (en) | 2019-05-06 | 2024-01-02 | Abb Schweiz Ag | Power converter and control method therefor |
| EP4097837A1 (de) * | 2020-03-24 | 2022-12-07 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Stromrichteranordnung sowie betriebsverfahren dafür |
| US11735923B2 (en) | 2020-07-28 | 2023-08-22 | Eaton Intelligent Power Limited | Voltage regulation device that includes a converter for harmonic current compensation and reactive power management |
| EP3989429A1 (en) * | 2020-10-22 | 2022-04-27 | General Electric Technology GmbH | Electrical assembly |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100091528A1 (en) * | 2007-03-15 | 2010-04-15 | Abb Technology Ag | Method and arrangement to reverse the power flow of a direct current power transmission system |
| CN102549872A (zh) * | 2009-06-18 | 2012-07-04 | Abb技术有限公司 | 控制用于支持ac系统的高压dc系统的逆变器装置 |
| CN104067503A (zh) * | 2011-11-30 | 2014-09-24 | 伯明翰大学 | 功率转换器 |
| US20140347897A1 (en) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | Eaton Corporation | High voltage direct current transmission and distribution system |
| CN104600997A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 国家电网公司 | 自耦式模块化多电平高压直流-直流变压器及其控制方法 |
| CN104716518A (zh) * | 2013-12-13 | 2015-06-17 | 通用电气公司 | 用于海底电缆端接的系统和方法 |
| CN106130055A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-16 | Abb瑞士股份有限公司 | 高压直流输电系统的变功率控制系统及其方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8289736B2 (en) | 2006-09-29 | 2012-10-16 | Abb Technology Ltd. | Conversion of AC lines to HVDC lines |
| CN102738819B (zh) | 2012-06-06 | 2013-11-13 | 中国电力科学研究院 | 采用混合换流技术提高交流线路传输能力的输电系统 |
-
2016
- 2016-11-22 US US15/358,814 patent/US9819188B1/en active Active
-
2017
- 2017-11-22 CN CN201711176931.7A patent/CN108092296B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100091528A1 (en) * | 2007-03-15 | 2010-04-15 | Abb Technology Ag | Method and arrangement to reverse the power flow of a direct current power transmission system |
| CN102549872A (zh) * | 2009-06-18 | 2012-07-04 | Abb技术有限公司 | 控制用于支持ac系统的高压dc系统的逆变器装置 |
| CN104067503A (zh) * | 2011-11-30 | 2014-09-24 | 伯明翰大学 | 功率转换器 |
| US20140347897A1 (en) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | Eaton Corporation | High voltage direct current transmission and distribution system |
| CN104716518A (zh) * | 2013-12-13 | 2015-06-17 | 通用电气公司 | 用于海底电缆端接的系统和方法 |
| CN104600997A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 国家电网公司 | 自耦式模块化多电平高压直流-直流变压器及其控制方法 |
| CN106130055A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-16 | Abb瑞士股份有限公司 | 高压直流输电系统的变功率控制系统及其方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108092296B (zh) | 2021-03-23 |
| US9819188B1 (en) | 2017-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108092296A (zh) | 直流输电系统和方法 | |
| CN101390267B (zh) | 输电线路中的电力潮流的控制 | |
| EP2733809B1 (en) | Power quality control | |
| US20130131878A1 (en) | Reactive Following for Distributed Generation and Loads of Other Reactive Controller(s) | |
| CN102244400A (zh) | 不间断电源控制的系统和方法 | |
| CN110350470B (zh) | 一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法 | |
| Neal | The use of AMI meters and solar PV inverters in an advanced Volt/VAr control system on a distribution circuit | |
| CN109494710A (zh) | 一种合环转供电的调相调压装置、系统及方法 | |
| CN104993684A (zh) | 软启动光伏逆变器及光伏发电系统 | |
| CN106816881B (zh) | 一种串联补偿装置及其容量优化方法 | |
| CN114844196A (zh) | 一种中高压直挂装置及其电源切换电路 | |
| CN109952691B (zh) | 磁感应供电装置 | |
| CN202059209U (zh) | 电源装置 | |
| CN110535139B (zh) | 一种宽幅调压装置 | |
| CN217406243U (zh) | 一种中高压直挂装置及其电源切换电路 | |
| CN104124697A (zh) | 一种无功自动补偿系统 | |
| CN108347170B (zh) | 一种直流电源调压装置、系统及方法 | |
| CN206099351U (zh) | 高压无功自动补偿装置 | |
| KR20160080719A (ko) | 한시적으로 동작하는 전력 시스템과 연결되도록 구성된 전력 제어 장치 및 전력 제어 방법 | |
| CN116799803B (zh) | 兼容多种电网制式输入的交流配电方法 | |
| NL2029006B1 (en) | Device for control of power exchange in a grid | |
| CN212412767U (zh) | 一种中压配电网电能质量控制系统 | |
| US11631989B2 (en) | Inductive holding circuit | |
| CN110707709B (zh) | 一种500kV电站站用变电压与主站AVC联动调节的方法 | |
| EP4136727B1 (en) | Passive reactive compensation for a wind power plant |
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 | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200518 Address after: Baden, Switzerland Applicant after: ABB grid Switzerland AG Address before: Ba Deng Applicant before: ABB Switzerland Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Swiss Baden Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG Address before: Swiss Baden Patentee before: ABB grid Switzerland AG |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231222 Address after: Zurich, SUI Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd. Address before: Swiss Baden Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG |