CN108808716B - 一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，与常规潮流反转策略不同的是，该潮流反转策略不需要额外配置开关和刀闸，两个换流站相互配合，稳定控制直流电流，平滑改变常规换流站的直流电压极性，实现常规换流站在线功率反转，MMC换流器则通过改变有功功率参考值方向实现功率反转。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。适用于特高压混合直流输电系统的在线潮流反转控制，其控制策略简单易用，可以平稳地进行在线功率反转操作，具有极大的工程实用价值。

Description

一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法
技术领域
本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法。
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型直流输电系统常采用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2c所示。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回直流集中馈入交流电网具有重大意义。
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换流站采用半桥或全桥和半桥子模块混合的换流器拓扑结构，详如图3a至图3d所示。当半桥子模块的占比为零时，混合式MMC换流器退化为全桥子模块化换流器。当正常运行的整流侧的交流系统发生事故时，一些故障情况下还可通过该在线潮流反转控制策略从另一侧交流系统得到紧急功率支持，这对电力系统的功率稳定性尤为重要。常规特高压混合直流输电系统潮流反转操作方法需额外配置开关和刀闸。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，无需额外配置开关和刀闸，即可实现混合特高压直流系统的潮流反转控制。
为达到上述目的，本发明所述一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，包括以下步骤：
步骤1、启动在线功率反转命令，首先将接收到的设置的功率方向与当前的功率方向比较，如果新的功率方向与当前的功率方向不同则创建功率反转命令，并向整流站和逆变站发送功率反转命令；
步骤2、降低混合特高压直流输电系统的传输功率；
步骤3、原整流站和逆变站反转其整流或逆变状态；
步骤4、将整流站LCC型换流器触发角向180度方向移动，以反向升高直流输电系统电压；逆变站的MMC型换流器电压极性开始反向，并接管直流系统的电流控制权；
步骤5、将LCC型换流器和MMC型换流器的升功率至给定值。
进一步的，步骤2中，先降低直流功率到最小值，然后降低直流电流。
进一步的，步骤2的具体操作过程为：按设置的斜率降低LCC型换流器直流功率和直流电流的参考值，将功率参考值降低到最小值，然后将整流站和逆变站换流器的直流电流均降至0～0.2pu。
进一步的，步骤3中，当功率和电流都降至0.05～0.1pu后，整流站启动降电压指令，当整流站和换流站的换流器的电压均小于0.1pu时，逆变站的MMC首先改变其状态，转为新的整流站，延时t后原整流站的LCC也反转其状态变为逆变站。
进一步的，只要两站的整流/逆变状态没有改变且直流电流小于0.15pu则降电压指令一直存在。
进一步的，t的取值范围为1ms～3ms。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，通过控制MMC换流器和LCC换流器的电压极性反向，来实现整个直流系统的潮流反转。直接利用全桥子模块的负压运行能力，采用先降直流功率和电流，再降低直流电压，待直流电压和电流都降低至最小值后反转功率传输方向的策略，大大减小了在线功率对交直流系统的冲击，整个功率反转过程平滑稳定，对于实际工程的实施具有重要意义；在不增加额外硬件成本的前提条件下，保证潮流反向的灵活性，以实现对两侧交流系统的紧急有功功率支援。
两个换流站相互配合，稳定控制直流电流，平滑改变常规换流站的直流电压极性，实现常规换流站在线功率反转，MMC换流器则通过改变有功功率参考值方向实现功率反转。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。适用于特高压混合直流输电系统的在线潮流反转控制，其控制策略简单易用，可以平稳地进行在线功率反转操作，具有极大的工程实用价值。
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为在线潮流反转控制策略示意图；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，其是全桥子模块的占比通常超过80％。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，每个阀组都配置有旁路开关、旁路隔刀、阳极隔刀和阴极隔刀。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。
参照图4，一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法利用MMC的负压运行特性，直接实现潮流的反转操作。具体包括以下步骤：
步骤1：运行人员启动在线功率反转，首先将接收到的运行人员设置的功率方向保存并与当前的功率方向比较，如果新的功率方向与当前的功率方向不同则创建功率反转命令，向整流站和逆变站发送功率反转命令；
步骤2：降低混合特高压直流输电系统的传输功率，即按运行人员设置的斜率降低LCC型换流器直流功率和直流电流的参考值，将功率参考值降低到最小值，然后将整流站和逆变站换流器的直流电流均降至0.05～0.1pu，如0.1pu，pu为基准值；
步骤3：原整流站和逆变站反转其整流或逆变状态；
步骤4：将整流站LCC型换流器触发角向180度方向移动，以反向升高直流输电系统电压；逆变站的MMC型换流器电压极性开始反向，并接管直流系统的电流控制权；
步骤5：将LCC型换流器和MMC型换流器的升功率至给定值。
为了减少功率反转时对两端交流系统的冲击，本发明策略采用顺序降低直流功率到最小值，然后降低直流电流到零附近，然后再反向提高直流电压和直流功率完成反转，在功率反转期间维持直流电流不断续并且不闭锁触发脉冲的控制方法。
本方法首先将接收到的运行人员设置的功率方向保存并与当前的功率方向比较，如果新的功率方向与当前的功率方向不同则创建功率反转命令。功率反转启动后会按运行人员设置的斜率将功率参考值降低到0.05～0.1pu，当功率参考值下降到最小后将直流电流降到到0.05～0.1pu,当功率和电流都降至0.05～0.1pu后(如0.1pu)，整流站启动降电压指令，只要两站的整流/逆变状态没有改变且直流电流小于0.1pu则降电压指令一直存在。当整流站和换流站的换流器的电压均小于0.1pu时，逆变站的MMC首先改变其状态，转为新的整流站，延时1～3ms后，原整流站的LCC也反转其状态变为逆变站，至此功率方向的反转完成，功率方向置位。
潮流反转不依赖开关刀闸操作，因而其反转速度较传统方法快速，在功率反转期间会维持直流电流不断续并且不闭锁触发脉冲的控制策略。
潮流反转过程中都要利用到全桥子模块/混合式子模块MMC的反向电压运行能力，在其功率的反转过程中，直流系统的直流电流不反转，电压极性反向。

Claims (6)

1.一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、启动在线功率反转命令，首先将接收到的设置的功率方向与当前的功率方向比较，如果新的功率方向与当前的功率方向不同则创建在线功率反转命令，并向整流站和逆变站发送在线功率反转命令；
步骤2、降低特高压混合直流输电系统的传输功率；
步骤3、原整流站和逆变站反转其整流或逆变状态；
步骤4、将整流站LCC型换流器触发角向180度方向移动，以反向升高特高压混合直流输电系统电压；逆变站的MMC型换流器电压极性开始反向，并接管特高压混合直流输电系统的电流控制权；
步骤5、将LCC型换流器和MMC型换流器升功率至给定值；
所述MMC型换流器由全桥子模块和半桥子模块混合而成，全桥子模块与半桥子模块的构成比例依照工程实际需要设定。
2.根据权利要求1所述的一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，其特征在于，步骤2中，先降低直流功率到最小值，然后降低直流电流。
3.根据权利要求2所述的一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，其特征在于，步骤2的具体操作过程为：按设置的斜率降低LCC型换流器直流功率和直流电流的参考值，将直流功率参考值降低到最小值，然后将整流站和逆变站换流器的直流电流均降至0.05～0.1 pu。
4.根据权利要求1所述的一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，其特征在于，步骤3中，当直流功率和直流电流都降至0.05～0.1pu后，整流站启动降电压指令，当整流站和换流站的换流器的电压均小于 0.1pu 时，逆变站的MMC型换流器首先改变其状态，转为新的整流站，延时t后原整流站的LCC型换流器也反转其状态变为逆变站。
5.根据权利要求4所述的一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，其特征在于，只要两站的整流/逆变状态没有改变且直流电流小于 0.1pu 则降电压指令一直存在。
6.根据权利要求4所述的一种特高压混合直流输电系统潮流在线反转控制方法，其特征在于，t的取值范围为1 ms～3ms。
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