CN108649598A - 一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，本发明公开了涉及一种串联双阀组特高压混合直流输电系统阀组在线投退控制策略，提出了阀组在站间通讯正常与通讯失败情况下的投退控制逻辑时序。阀组在线投入时采用先投入逆变站对应阀组、在线退出时采用则先退出整流站对应阀组的时序，可以确保阀组在线投退操作的平稳性，减少对两侧交流系统的影响。本发明通过电力系统电磁暂态专业仿真工具PSCAD/EMTDC来编写程序、调试及验证。本策略适合LCC+MMC的双端混合型串联双阀组特高压直流输电系统的阀组在线投退控制，其控制策略简单易用，可以平稳地进行阀组的在线投入和退出操作，具有极大的工程实用价值。

Description

一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法。

背景技术

自从20世纪70年代加拿大伊尔河直流输电工程中首次采用晶闸管以来，LCC型直流输电系统已经取得了长足的发展，LCC型直流输电系统都采用6脉动三相桥式晶闸管变流电路，为了减少直流侧和交流侧的谐波含量，通常把两个变压器不同接线方式(星型和三角型)的全桥电路串联组成一个12脉动换流器单元，如图2a至图2c示。LCC型直流输电容量大，损耗和成本低；而MMC型直流输电系统无换相失败问题，无需交流系统提供换相支持，结合LCC与MMC二者优势，一端采用LCC，另一端采用MMC的混合直流输电系统对解决我国的能源大规模跨区输送和多直流集中馈入问题具有重大意义。MMC换流站可以抑制直流侧短路故障，配合LCC型直流实现故障重起，因此可以应用于架空线场合。

由于大容量远距离输电常采用架空线路，裸露的线路容易发生短路、闪络等暂时性故障，然而基于半桥子模块的MMC无法像LCC那样单纯依靠换流器控制来完成直流侧故障的清除，即使闭锁换流器，交流系统仍可经换流器内部两相桥臂中器件的反并联续流二极管以及直流故障点构成能量流动回路，因而不适宜应用于架空线场合。基于全桥子模块的MMC可过调制而大幅降低直流运行电压，且具有工程应用经验，但与相同容量和电压等级的半桥MMC相比，全桥MMC使用的电力电子器件几乎翻倍，不仅增加投资成本，而且引入了更多的运行损耗。因此本发明中的MMC换流站采用半桥和全桥子模块混合的换流器拓扑结构，详如图3a至图3d所示。

在线投退阀组的要求是极运行状态下投入或退出某个阀组而不影响同极另一个阀组的正常运行，在投退阀组过程中，直流系统传输的功率一般不变。但是目前还没有成熟的针对联双阀组混合直流输电系统的在线投退策略。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，保证串联双阀组特高压直流系统的多种运行方式灵活性，能够在极运行状态下在线投退阀组，而不影响同极并联的另一个阀组正常运行。

为达到上述目的，本发明所述一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，阀组在线投入时：先投入逆变侧的待投入阀组，后投入整流侧的待投入阀组，在线退出时：先退出整流侧待退出阀组，后退出逆变侧的退出阀组，且逆变侧待投入阀组在投入前零电压运行。

进一步的，具体包括以下步骤：

A.整流侧和逆变侧的阀组投入方法：

步骤1、逆变侧向对站的阀组下发在线投入命令，当整流侧阀组收到来自对站的阀组在线投入命令后进行步骤2，否则不动作；

步骤2、逆变站延时t₁后，逆变侧的待投入阀组零电压运行；整流侧阀组收到来自对站的阀组在线投入命令，延时t₂后，打开整流侧阀组的高速旁路开关，使整流侧待投入阀组解锁；

步骤3、待整流侧待投入解锁后，解除逆变侧待投入阀组零电压运行限制，恢复逆变侧待投入阀组正常的电压和电流控制；整流侧待投入阀组解锁后，延时t₃后撤销触发角限制，恢复整流侧待投入阀组正常的电压和电流控制。

B.整流侧和逆变侧的阀组退出方法：

步骤1、逆变侧向对站发送换流器解串联命令，整流侧阀组收到来自对站的阀组在线退出命令后进行步骤2，否则不动作；

步骤2、逆变站延时t₄后，逆变侧待退出阀组零电压运行，当逆变侧待退出阀组的直流电压小于0.1pu时，闭合高速旁路开关BPS，然后闭锁逆变侧待退出阀组的触发脉冲；整流侧阀组收到来自对站的阀组在线退出命令延时t₅后，将整流侧待退出阀组触发角限制到90度，然后投旁通对，闭合高速旁路开关BPS，最后闭锁触发脉冲。

进一步的，步骤2中，整流侧待投入阀组约在70度解锁。

进一步的，t₂减去t₁的取值范围为10ms～15ms，t₄减去t₅的取值范围为10ms～15ms。

进一步的，t₁为1ms～5ms。

进一步的，t₃为1ms～5ms。

进一步的，在投退过程中，尽量避免LCC型换流器长时间大角度运行。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，提出适合的串联双阀组混合直流输电系统的在线投退控制策略，可以平稳地进行阀组的投入和退出操作，保证特高压直流系统多运行方式的灵活性，适应工程分期建设和调试的需要。可满足特高压直流系统工程多种功率输送水平的需要，确保串联阀组的在线平稳投退操作。即使在站间通信失败的运行工况下，也可对阀组进行在线投退操作。

对于串联的双阀组，当其中一个阀组正常运行时，可以在线把第二个阀组平稳地投入运行；当双阀组都处于运行状态时，可以平稳地把其中一个阀组退出运行。该阀组在线投入退出策略尤其适应于工程的分期建设，当工程全部建成后，可使直流输电系统具备灵活的运行方式、大幅提升其可用率，保证整个系统的功率输送水平。

在投退过程中，尽量避免LCC型换流器长时间大角度运行，以降低对交流系统的无功冲击影响。

附图说明

图1为串联双阀组特高压混合直流输电系统接线方式示意图；

图2a为送端LCC型换流器6脉动换流器电路图；

图2b为是送端LCC型换流器12脉动换流器详细电路图；

图2c为是送端LCC型换流器12脉动换流器简化电路图；

图3a为受端混合式MMC电路结构图；

图3b为受端混合式MMC电路的半桥子模块(HBSM)示意图；

图3c为受端混合式MMC电路的全桥子模块(FBSM)示意图；

图3d为受端混合式MMC换流器简化电路图；

图4为阀组在线投入控制方法示意图；

图5为阀组在线退出控制方法示意图；

附图中：BPS为高速旁路开关，BPD为高速隔刀，DA为阳极隔刀，DC为阴极隔刀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

串联双阀组特高压混合直流输电系统接线方式如图1所示，送端LCC型换流器拓扑结构图2a至图2c所示，受端MMC换流器详细拓扑结构如图3a至图3d所示，整流站采用LCC型换流器，逆变站采用MCC型换流器，MMC换流站由全桥子模块(Full Bridge Sub Modular,简称FBSM)和半桥子模块(Half Bridge Sub Modular,简称HBSM)混合而成，全桥子模块与半桥子模块的构成比例依照工程实际需要而定。为了实施串联阀组的在线投入和退出操作，无论LCC型阀组还是MMC型阀组，每个换流器阀组都配置有旁路开关、旁路隔刀、阳极隔刀和阴极隔刀。

针对如图1所示的混合型特高压直流输电系统拓扑结构，本发明提出一种串联双阀组特高压混合直流输电系统阀组在线投退控制策略，对于每个站极串联的两个阀组，当其中一个阀组正常运行时，可以在不影响运行阀组及整个直流系统运行的情况下，在线把第二个阀组平稳地投入运行；当双阀组都处于运行状态时，可以平稳地把其中一个阀组退出运行，保证了特高压直流输电系统运行方式的灵活性，以适应工程的分期建设、多种系统运行工况的需要。主要应用场合为能源基地的电力大规模、远距离外送，一般经由特高压直流输电线路送往数千公里外的负荷中心。

串联阀组的在线投入和退出逻辑与常规单阀组的对应策略完全不同，它必须协调好阀组的解锁脉冲及高速旁路开关BPS的打开/闭合操作，以确保直流电流在高速旁路开关BPS与对应阀组间进行转移，这需要控制系统和BPS间有精确的时序配合。

参照图4，一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投入控制方法，包括以下步骤：

步骤1、启动阀组在线投入时序，逆变侧向对站的阀组下发在线投入命令，当整流侧阀组收到来自对站的阀组在线投入命令后进行步骤2，否则不动作；

步骤2、逆变站延时5ms后，使逆变侧的待投入阀组零电压运行；整流侧阀组收到来自对站的阀组在线投入命令，延时15ms后，打开整流侧阀组的高速旁路开关，当确认整流侧阀组的高速旁路开关打开后，使整流侧待投入阀组在70度解锁；

步骤3、待整流侧待投入解锁后，解除逆变侧待投入阀组零电压运行限制，恢复逆变侧待投入阀组正常的电压和电流控制；整流侧待投入阀组70度解锁后，延时5ms撤销70度触发角限制，恢复整流侧待投入阀组正常的电压和电流控制。

正常情况下站间通信可用时，逆变站和整流站的阀组在线投入经换注站之间的高速通信自动协调，整流站和逆变站几乎同时启动解锁顺序(约有20ms的站间通信延时)。当站间通信失败时，运行人员仍可通过电话通讯来进行阀组的在线投入操作，电话通讯时，首先必须先解锁逆变站待投入阀组，因为手动解锁时，阀组在线投入的过程时间较长，如果先解锁整流站换阀组，则出现逆变侧单个阀组对整流侧两个换流器运行，且整流侧阀组处于大角度运行状态，消耗大量无功，不利于交流系统的稳定。

参照图5，一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线退出控制方法，包括以下步骤：

步骤1、启动阀组在线退出时序，逆变侧向对站发送换流器解串联命令，整流侧阀组收到来自对站的阀组在线退出命令后进行步骤2，否则不动作；

步骤2、逆变站延时15ms后，启动逆变侧待退出阀组零电压运行命令，当逆变侧待退出阀组直流电压小于0.1pu(pu为基准值)时，闭合高速旁路开关BPS，然后闭锁逆变侧待退出阀组的触发脉冲；整流侧阀组收到来自对站的阀组在线退出命令延时5ms后，将整流侧待退出阀组触发角限制到90度，然后投旁通对，闭合高速旁路开关BPS，最后闭锁触发脉冲。

对于阀组在线退出方法，其控制时序在线投入时的情况相反，需要首先闭锁整流站的待闭锁阀组，再闭锁逆变侧对应阀组。站间通信正常时，两站阀组经站间通信自动进行协调，以尽量减少对交直流系统的运行冲击。当站间通信失败时，经两站运行人员的电话沟通后，整流侧运行人员直接闭锁整流侧换流器，逆变侧依靠其直流低电压保护闭锁其对应阀组，阀组在线退出控制时则先退出整流侧阀组。

阀组投退过程中都要利用到混合式子模块MMC的降压运行能力，使其在投退过程中，尽量避免LCC型换流器长时间大角度运行，降低对交流系统的无功冲击影响。

Claims (7)

1.一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，其特征在于，阀组在线投入时：先投入逆变侧的待投入阀组，后投入整流侧的待投入阀组，在线退出时：先退出整流侧待退出阀组，后退出逆变侧的退出阀组，且逆变侧待投入阀组在投入前零电压运行。

2.根据权利要求1所述的一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.整流侧和逆变侧的阀组投入方法：

步骤1、逆变侧向对站的阀组下发在线投入命令，当整流侧阀组收到来自对站的阀组在线投入命令后进行步骤2，否则不动作；

步骤2、逆变站延时t₁后，逆变侧的待投入阀组零电压运行；整流侧阀组收到来自对站的阀组在线投入命令，延时t₂后，打开整流侧阀组的高速旁路开关，使整流侧待投入阀组解锁；

步骤3、待整流侧待投入解锁后，解除逆变侧待投入阀组零电压运行限制，恢复逆变侧待投入阀组正常的电压和电流控制；整流侧待投入阀组解锁后，延时t₃后撤销触发角限制，恢复整流侧待投入阀组正常的电压和电流控制；

B.整流侧和逆变侧的阀组退出方法：

步骤1、逆变侧向对站发送换流器解串联命令，整流侧阀组收到来自对站的阀组在线退出命令后进行步骤2，否则不动作；

步骤2、逆变站延时t₄后，逆变侧待退出阀组零电压运行，当逆变侧待退出阀组的直流电压小于0.1pu时，闭合高速旁路开关BPS，然后闭锁逆变侧待退出阀组的触发脉冲；整流侧阀组收到来自对站的阀组在线退出命令延时t₅后，将整流侧待退出阀组触发角限制到90度，然后投旁通对，闭合高速旁路开关BPS，最后闭锁触发脉冲。

3.根据权利要求2所述的一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，其特征在于，步骤2中，整流侧待投入阀组在70度解锁。

4.根据权利要求2所述的一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，其特征在于，t₂减去t₁的取值范围为10ms～15ms，t₄减去t₅的取值范围为10ms～15ms。

5.根据权利要求2所述的一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，其特征在于，t₁为1ms～5ms。

6.根据权利要求2所述的一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，其特征在于，t₃为1ms～5ms。

7.根据权利要求1所述的一种串联双阀组混合直流输电系统阀组在线投退控制方法，其特征在于，在投退过程中，尽量避免LCC型换流器长时间大角度运行。