CN108923450B - 电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法 - Google Patents

电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法 Download PDF

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CN108923450B CN201810779896.6A CN201810779896A CN108923450B CN 108923450 B CN108923450 B CN 108923450B CN 201810779896 A CN201810779896 A CN 201810779896A CN 108923450 B CN108923450 B CN 108923450B
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Abstract

本发明公开两种连接多个电力系统的电流源型多端直流输电系统和一种可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统，包括：一种由两个送电端的电力系统和一个受电端的电力系统组成的电流源型多端直流输电系统；一种由两个送电端的海上风场和一个受电端的陆上电力系统组成的电流源型多端直流输电系统；一种由电流源型分布式电力系统组成的可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统。本发明还公开了三种系统相应的控制技术，以及由多个电力系统组成的电流源型多端直流输电系统直流故障情况下不依赖于直流断路器的保护策略，使得系统可以有效运行。此种技术方案揭示了电流源型变换器用于多端直流输电以及向无源电网络供电的有效性。

Description

电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法
技术领域
本发明属于多端高压直流输电系统领域，具体而言涉及几种电流源型多端高压直流输电系统及运行方法。
背景技术
为了解决传统能源的短缺和环境恶化不断加剧的问题，世界各国开始认识到清洁传统能源向清洁能源过渡的重要性。但受限于电力系统的消纳能力，大部分可再生能源未得到有效利用，甚至出现“弃风”以及“弃光”的现象。由于新能源发电的间歇性，交流电网无法直接完成新能源的接纳，高压直流输电和直流电网是解决这一问题的有效技术手段之一。
随着大功率电力电子器件、高压换流技术的发展，高压直流输电系统也得到了快速的发展。高压直流输电效率高、调节快速可靠、节省输电走廊的优势已经在大容量、远距离的输电中发挥了重要作用。然而传统的两端直流输电仅能实现点对点的直流功率传送，随着经济发展和电网的建设，必然要求电网能够实现多电源供电以及多落点受电，因此在两端直流输电系统上发展而来的多端直流输电系统和直流电网技术受到了越来越多的探讨和研究。
基于电压源型变换器的高压直流输电技术具有无功有功可独立控制、不需要交流侧提供无功功率，还能起到静止同步补偿器的电压支撑作用、可以向无源的受端交流系统进行供电、潮流翻转时电压极性不改变等优势，因此在高压直流输电中得到广泛的应用和快速的发展。然而，由于电压源型高压直流输电系统由于直流母线存在电容，因此短路故障给高压直流输电系统造成了巨大的挑战，特别是直流侧的短路电流大，上升速度快给快速切除或隔离短路故障造成了保护困难。与此不同，本文提出基于全控型器件的电流源型变换器构成的多端高压直流输电系统以及可向无源负载供电的电流源型不间断电源系统。基于电流源变流器由于直流母线有电感，因此容易实现短路电流保护。并且由于采用全控器件，本文提出的系统具有更强的控制灵活性，可实现多端直流输电和交流侧对无源负载供电。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种电流源型高压直流输电系统、一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统、一种可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统，以及三种系统运行方法，该方案可以实现电流源型变换器在多端直流输电系统和向无源电网络供电的不间断电源系统中的应用。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种电流源型高压直流输电系统，其特征在于包括至少两个送电端的电力系统和一个受电端的电力系统或至少两个受电端的电力系统和一个送电端的电力系统；每个受电端电力系统或送电端电力系统至少包含一个由全控型开关器件组成的电流源型换流器，一个三相滤波电容，一个隔离变压器和一个交流电网；送电端电力系统和受电端电力系统之间通过直流母线电缆以并联环网式相互连接；每个换流器直流侧的出线端以及每条直流母线电缆的两端都含有快速开关。
上述受电端电力系统3的交流电网与隔离变压器一次侧连接；
所述隔离变压器二次侧与三相滤波电容并联，并与电流源逆变器串联；
所述电流源逆变器通过平波电抗器和两路直流母线电缆与送电端电力系统1的平波电抗器串联；
所述送电端电力系统1的平波电抗器与电流源整流器相连；
所述电流源整流器与三相滤波电容并联，并与隔离变压器的二次侧串联；
所述隔离变压器的一次侧与送电端电力系统1的交流电网相连；
所述电流源逆变器通过平波电抗器和两路直流母线电缆与送电端电力系统2的平波电抗器串联；
所述送电端电力系统1的平波电抗器与电流源整流器相连；
所述送电端电力系统2的电流源整流器与三相滤波电容并联，并与隔离变压器的二次侧串联；
所述隔离变压器的一次侧与送电端电力系统2的交流电网相连；
所述送电端电力系统1的电流源整流器通过平波电抗器和两路直流母线电缆，与所述送电端电力系统2的平波电抗器并联；
所述平波电抗器与直流母线电缆相连的一端装设快速开关，直流母线电缆两端都装设快速开关。
一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统，其特征在于包括至少两个送电端的海上风场和一个受电端的电力系统(或至少两个受电端的电力系统和一个送电端的海上风场)；每个受电端电力系统至少包含一个由全控型开关器件组成的电流源型换流器，一个三相滤波电容，一个隔离变压器和一个交流电网；每个送电端的海上风场至少包含一个由全控型开关器件组成的电流源型换流器，一个三相滤波电容，一个永磁同步发电机和一个风机；送电端海上风场和受电端电力系统之间通过直流母线电缆以并联放射式相互连接。
上述受电端的陆上电力系统3的交流电网，该交流电网与隔离变压器一次侧连接；
所述隔离变压器二次侧与三相滤波电容组并联，并与电流源逆变器串联；
所述电流源逆变器通过平波电抗器和两路直流母线电缆与海上风场1的平波电抗器串联；
所述海上风场1的平波电抗器与电流源整流器相连；
所述电流源整流器与三相滤波电容并联，并与永磁同步发电机的定子串联；
所述永磁同步发电机的转子与海上风场1的风机相连；
所述电流源整流器通过平波电抗器和两路直流母线电缆与海上风场2的平波电抗器串联；
所述海上风场2的平波电抗器与电流源整流器相连；
所述海上风场2的电流源整流器与三相滤波电容并联，并与永磁同步发电机的定子串联；
所述永磁同步发电机的转子与海上风场2的风机相连。
一种可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统，其特征在于包括一个分布式电力系统，一个主电网和一个无源网络负载；分布式电力系统由一个三相交流电网，一个整流侧的三相滤波器，一个电流源整流器，一个直流侧电感，一个电流源逆变器，一个逆变侧的三相滤波器组成；分布式电力系统，主电网和无源网络负载通过并联放射式相互连接。
上述分布式电力系统中的交流电网，该交流电网与三相滤波电感连接；
所述三相滤波电感与三相滤波电容相并联，并与电流源整流器串联；
所述电流源整流器通过直流母线电感和电流源逆变器串联；
所述电流源逆变器与三相滤波电容相并联，并与三相滤波电感串联；
所述三相滤波电感通过断路器和主电网串联，并与三相负载并联。
一种电流源型高压直流输电系统的控制以及故障情况下的运行方法，其特征在于：无故障情况下，电网3的电流源逆变器的直流侧采用定直流母线电压的方式进行控制；无故障情况下，直流母线电缆上的电流由电网1和电网2的整流器采用定直流母线电流的方式进行控制；故障情况下，电网3的电流源逆变器的采用闭锁脉冲的方式进行控制，电网1和电网2的整流器采用逆变运行的方式进行控制；直流母线电缆和电网3的电流源逆变器的直流母线可以自动确定。
上述系统无故障情况下，受电端电力系统3电流源逆变器的直流侧采用定直流母线电压的控制方式包括以下步骤：
步骤1，根据模式选择器，设定电流源逆变器的功率因数角
Figure GDA0003246332570000041
加上由锁相环模块根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；
步骤2，根据模式选择器，设定电流源逆变器的直流母线电压设定值
Figure GDA0003246332570000042
根据电压设定值
Figure GDA0003246332570000043
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器得到调制因数为mi；
步骤3，利用脉冲发生模块根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
上述系统无故障情况下，直流母线电缆上的电流由送电端电力系统1，送电端电力系统2的整流器所采用的定直流母线电流的控制方式包括以下步骤：
步骤1，根据模式选择器，设定直流母线电缆的直流母线电流参考值为
Figure GDA0003246332570000044
根据电流参考值
Figure GDA0003246332570000045
与实际电缆上的直流母线电流idc1的误差，利用直流母线电流控制模块得到电缆电感上的电压差值Δv；
步骤2，电压差值Δv加上受电端电力系统3直流侧的母线电压vdc，经过调制比计算模块得到调制因数为m1；
步骤3，根据模式选择器，设定送电端电力系统1,2的电流源整流器的功率因数角θdc1，加上由锁相环模块根据三相滤波电容上的电网电压vgc1测得的相角θg1，得到开关脉冲需要的相角θ1；
步骤4，利用脉冲发生模块根据调制因数m1和相角θ1生成六路开关脉冲。
上述系统故障情况下，受电端电力系统的电流源逆变器的采用闭锁脉冲，送电端电力系统1和送电端电力系统2的整流器采用逆变运行的保护控制方式包括以下步骤：
步骤1，根据模式选择器，设定故障情况下电流源逆变器的功率因数角
Figure GDA0003246332570000051
加上由锁相环模块根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；同时，根据模式选择器，设定故障情况下送电端电力系统1,2的电流源整流器的功率因数角
Figure GDA0003246332570000052
加上由锁相环模块根据三相滤波电容上的电网电压vgc1测得的相角θg1，得到开关脉冲需要的相角θ1；
步骤2，根据模式选择器，设定故障情况下电流源逆变器的直流母线电压设定值
Figure GDA0003246332570000053
根据电压设定值
Figure GDA0003246332570000054
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器得到调制因数为mi；同时，根据模式选择器，设定故障情况下直流母线电缆的直流母线电流参考值为
Figure GDA0003246332570000055
根据电流参考值
Figure GDA0003246332570000056
与实际电缆上的直流母线电流idc1的误差，利用直流母线电流控制模块得到电缆电感上的电压差值Δv，电压差值Δv加上受电端电力系统3直流侧的母线电压vdc，经过调制比计算模块得到调制因数为m1；
步骤3，利用脉冲发生模块根据调制因数mi和相角θi生成电流源逆变器的六路开关脉冲；同时，利用脉冲发生模块根据调制因数m1和相角θ1生成电流源整流器的六路开关脉冲；
步骤4，根据以上控制步骤，直流侧故障电流可迅速减小到0，然后根据直流故障发生的位置，可通过快速开关将故障线路切除，实现直流侧故障情况下不依赖直流断路器的故障清除；之后，通过将健全线路以及送电端和受电端变换器重新启动运行在无故障情况下，可实现故障清除后的多端直流输电正常运行。
一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统的运行方法，其特征在于：陆上电力系统的电流源逆变器直流侧采用定直流母线电压的方式进行控制；海上风场交流侧的风机的转速和直流侧的直流母线电缆上的直流母线电流由本地风机主变流器控制模块进行控制；海上风场1直流侧的直流母线可以自动确定。
上述陆上电力系统的电流源逆变器直流侧采用定直流母线电压的控制方法包括以下步骤：
步骤1，设定电流源逆变器的功率因数角
Figure GDA0003246332570000057
加上由锁相环模块根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；
步骤2，根据电流源逆变器直流母线电压设定值
Figure GDA0003246332570000061
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器得到调制因数为mi；
步骤3，利用脉冲发生模块根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
上述海上风场交流侧的风机的转速和直流侧的直流母线电缆上的直流母线电流控制采用本地风机主变流器控制策略包括以下步骤：
步骤1，利用最大功率点追踪模块根据风机叶片上测得的风速
Figure GDA0003246332570000062
获得风机的转速参考值
Figure GDA0003246332570000063
利用速度控制模块根据转速参考值
Figure GDA0003246332570000064
和实际风机的转速ωi得到永磁同步发电机q轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000065
永磁同步发电机d轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000066
设为0；
步骤2，利用电容电流补偿模块根据三相滤波电容上测得的三相电压vgc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA0003246332570000067
和
Figure GDA0003246332570000068
步骤3，用永磁同步发电机dq轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000069
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700000610
和
Figure GDA00032463325700000611
得到电流源整流器dq轴参电流考值
Figure GDA00032463325700000612
和
Figure GDA00032463325700000613
步骤4，利用电流源整流器的极坐标转换模块根据
Figure GDA00032463325700000614
和
Figure GDA00032463325700000615
生成电流源整流器的直流电流参考值
Figure GDA00032463325700000616
和相角θdc_1，利用直流母线电流控制模块通过最大直流母线电流参考值
Figure GDA00032463325700000617
与实际直流母线电流idc_1的误差，得到调制因数mr，θdc_1加上永磁同步发电机测得的相角θgi得到需要的相角θri；
步骤5，利用电流源整流器的脉冲发生模块根据调制因数mr和相角θri生成六路开关脉冲。
一种可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统的运行方法，其特征在于：分布式电力系统的电流源整流器采用直流母线电流和无功功率控制的方式进行控制；断路器闭合连接主电网时，分布式电力系统的电流源逆变器采用功率控制的方式进行控制；断路器断开不连接主电网时，分布式电力系统的电流源逆变器采用负载电压控制的方式进行控制。
上述分布式电力系统的电流源整流器采用直流母线电流和无功功率控制的方式进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：
步骤1，利用最大值比较模块，根据电流源整流器侧电流参考值
Figure GDA0003246332570000071
和电流源逆变器侧电流参考值
Figure GDA0003246332570000072
得到母线电流参考值
Figure GDA0003246332570000073
根据母线电流参考值
Figure GDA0003246332570000074
和实际母线电流idc的误差，利用直流母线电流控制模块获得电网侧d轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000075
根据无功功率参考值
Figure GDA0003246332570000076
和无功功率Qg的误差，利用无功功率控制模块获得电网侧q轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000077
步骤2，利用电容电流补偿模块根据三相滤波电容上测得的三相电压vgc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA0003246332570000078
和
Figure GDA0003246332570000079
步骤3，用电网侧dq轴电流参考值
Figure GDA00032463325700000710
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700000711
和
Figure GDA00032463325700000712
得到电流源整流器dq轴参电流考值
Figure GDA00032463325700000713
和
Figure GDA00032463325700000714
步骤4，利用极坐标转换模块根据
Figure GDA00032463325700000715
和
Figure GDA00032463325700000716
生成直流电流参考值
Figure GDA00032463325700000717
和相角θdcr，
Figure GDA00032463325700000718
除以实际测得的直流母线电感上的母线电流idc，得到调制因数mr，θdcr加上电网侧根据锁相环模块测得的相角θg得到开关脉冲需要的相角θr；
步骤5，利用脉冲发生模块根据调制因数mr和相角θr生成六路开关脉冲。
上述断路器闭合连接主电网时，分布式电力系统的电流源逆变器采用功率控制的方式进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：
步骤1，利用三相转两相模块，根据测得的主电网的电压vg和相位角θ得到电网的dq轴电压vgd和vgq，将有功功率参考值
Figure GDA00032463325700000719
除以1.5倍电网的d轴电压vgd，获得主电网侧d轴电流参考值
Figure GDA00032463325700000720
将无功功率参考值
Figure GDA00032463325700000721
除以1.5倍电网的q轴电压vgq，获得主电网侧q轴电流参考值
Figure GDA00032463325700000722
步骤2，利用电容电流补偿模块根据三相滤波电容上测得的三相电压vg获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700000723
和
Figure GDA00032463325700000724
步骤3，用主电网侧dq轴电流参考值
Figure GDA00032463325700000725
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700000726
和
Figure GDA00032463325700000727
得到dq轴参电流考值
Figure GDA00032463325700000728
和
Figure GDA00032463325700000729
步骤4，利用极坐标转换模块根据
Figure GDA00032463325700000730
和
Figure GDA00032463325700000731
生成直流电流参考值
Figure GDA00032463325700000732
和相角θdci，
Figure GDA00032463325700000733
除以实际测得的直流母线电感上的母线电流idc，得到调制因数mi，θdci加上电网侧根据锁相环模块测得的相角θ得到电流源逆变器开关脉冲需要的相角θi；
步骤5，利用脉冲发生模块根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
上述断路器断开不连接主电网时，分布式电力系统的电流源逆变器采用负载电压控制的方式进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：
步骤1，利用三相转两相模块，将测得的三相滤波电容上的负载电压vlg和相位角θl得到负载侧的dq轴电压vld和vlq，利用d轴电压控制模块，通过d轴电压参考值
Figure GDA0003246332570000081
和实际d轴电压vld的误差，获得负载侧d轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000082
利用q轴电压控制模块，通过q轴电压参考值
Figure GDA0003246332570000083
和实际q轴电压vlq的误差，获得负载侧q轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000084
步骤2，利用电容电流补偿模块根据三相滤波电容上测得的三相电压vlg获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA0003246332570000085
和
Figure GDA0003246332570000086
步骤3，用负载侧dq轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000087
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA0003246332570000088
和
Figure GDA0003246332570000089
得到电流源逆变器dq轴参电流考值
Figure GDA00032463325700000810
和
Figure GDA00032463325700000811
步骤4，利用极坐标转换模块根据
Figure GDA00032463325700000812
和
Figure GDA00032463325700000813
生成直流电流参考值
Figure GDA00032463325700000814
和相角θdci，
Figure GDA00032463325700000815
除以实际测得的直流母线电感上的母线电流idc，得到调制因数mi，θdci加上电网侧根据锁相环模块测得的相角θl得到开关脉冲需要的相角θi；
步骤5，利用脉冲发生模块根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
综合以上，本发明系统结构包括：一种电流源型高压直流输电系统、一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统、一种可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统；本发明控制方法包括：三种系统相应的控制技术，以及由电力系统组成的电流源型多端直流输电系统直流故障情况下不依赖于直流断路器的保护策略，使得系统可以有效运行。
采用上述方案后，本发明的有益效果在于，由多个电力系统和多个海上风场互联组成的多端高压直流输电系统具有多个送电端向多个受电端供电的能力，相比两端高压直流输电系统，可以有效提高直流功率传输的灵活性和经济性；由电流源型变换器组成的可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统，可以在负载与主电网断开之后仍然为无源负载提供稳定的供电电源；本发明提出的针对三种系统相应的控制技术，以及由电力系统组成的电流源型多端直流输电系统直流故障情况下不依赖于直流断路器的保护策略，使得系统在无故障以及直流侧发生故障的情况下都可以良好运行。
附图说明
图1是电力系统组成的三端电流源高压直流输电系统整体架构图；
图2是电力系统和海上风场组成的三端电流源高压直流输电系统整体架构图；
图3是可向无源网络供电的电流源型高压直流输电系统整体架构图；
图4是定直流母线电压和闭锁脉冲控制策略的原理图；
图5是定直流母线电流和逆变运行控制策略的原理图；
图6是本地风机主变流器控制策略的原理图；
图7是直流母线电流和无功功率控制策略的原理图；
图8是功率控制策略的原理图；
图9是负载电压控制策略的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1：如图1所示，本发明提供一种电流源型高压直流输电系统，包括：
受电端电力系统3的交流电网1.14，该交流电网与隔离变压器1.13一次侧连接；
所述隔离变压器1.13二次侧与三相滤波电容1.12并联，并与电流源逆变器1.11串联；
电流源逆变器1.11通过平波电抗器1.9、1.10和两路直流母线电缆1.7、1.8与送电端电力系统1的平波电抗器1.5、1.6串联；
送电端电力系统1的平波电抗器1.5、1.6与电流源整流器1.4相连；
所述电流源整流器1.4与三相滤波电容1.3并联，并与隔离变压器1.2的二次侧串联；
所述隔离变压器1.2的一次侧与送电端电力系统1的交流电网1.1相连；
所述电流源逆变器1.11通过平波电抗器1.9、1.10和两路直流母线电缆1.23、1.24与送电端电力系统2的平波电抗器1.19、1.20串联；
所述送电端电力系统1的平波电抗器1.19、1.20与电流源整流器1.18相连；
所述送电端电力系统2的电流源整流器1.18与三相滤波电容1.17并联，并与隔离变压器1.16的二次侧串联；
所述隔离变压器1.16的一次侧与送电端电力系统2的交流电网1.15相连；
所述送电端电力系统1的电流源整流器1.4通过平波电抗器1.5、1.6和两路直流母线电缆1.21、1.22，与所述送电端电力系统2的平波电抗器1.19、1.20并联；
所述平波电抗器1.5、1.6、1.9、1.10、1.19、1.20与直流母线电缆相连的一端装设快速开关，直流母线电缆1.7、1.8、1.21、1.22、1.23、1.24两端都装设快速开关。
实施例2：如图2所示，本发明提供一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统，包括：
受电端电力系统3的交流电网2.14，该交流电网与隔离变压器2.13一次侧连接；
所述隔离变压器2.13二次侧与三相滤波电容2.12并联，并与电流源逆变器2.11串联；
所述电流源逆变器2.11通过平波电抗器2.9、2.10和两路直流母线电缆2.7、2.8与海上风场1的平波电抗器2.5、2.6串联；
所述海上风场1的平波电抗器2.5、2.6与电流源整流器2.4相连；
所述电流源整流器2.4与三相滤波电容2.3并联，并与永磁同步发电机(2.2)的定子串联；
所述永磁同步发电机2.2的转子与海上风场1的风机2.1相连；
所述电流源整流器2.4通过平波电抗器2.5、2.6和两路直流母线电缆2.21、2.22与海上风场2的平波电抗器2.19、2.20串联；
所述海上风场2的平波电抗器2.19、2.20与电流源整流器2.18相连；
所述海上风场2的电流源整流器2.18与三相滤波电容(2.17)并联，并与永磁同步发电机(2.16)的定子串联；
所述永磁同步发电机(2.16)的转子与海上风场2的风机2.15相连。
实施例3：如图3所示，本发明提供一种可向无源电网络供电的电流源型高压直流输电系统，包括：
分布式电力系统中的交流电网3.1，该交流电网与三相滤波电感3.2连接；
所述三相滤波电感3.2与三相滤波电容3.3相并联，并与电流源整流器3.4串联；
所述电流源整流器3.4通过直流母线电感3.5和电流源逆变器3.6串联；
所述电流源逆变器3.6与三相滤波电容3.7相并联，并与三相滤波电感5.8串联；
所述三相滤波电感3.8通过断路器3.9和主电网3.10串联，并与三相负载3.11并联。
实施例4：如图4所示，所述一种电流源型高压直流输电系统的电流源变换器单元1.11和一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统的电流源逆变器单元2.11的采用的定直流母线电压和闭锁脉冲的控制策略包括以下步骤(以受电端电力系统3电流源逆变器1.11为例，其他电网的电流源逆变器类似)：
1)无故障情况下，根据模式选择器4.1，设定电流源逆变器1.11的功率因数角
Figure GDA0003246332570000111
加上由锁相环模块4.2根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；故障情况下，根据模式选择器4.1，设定电流源逆变器1.11的功率因数角
Figure GDA0003246332570000112
加上由锁相环模块4.2根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；
2)无故障情况下，根据模式选择器4.1，设定电流源逆变器1.11的直流母线电压设定值
Figure GDA0003246332570000113
根据电压设定值
Figure GDA0003246332570000114
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器4.3得到调制因数为mi；故障情况下，根据模式选择器4.1，设定电流源逆变器1.11的直流母线电压设定值
Figure GDA0003246332570000115
根据电压设定值
Figure GDA0003246332570000116
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器4.3得到调制因数为mi；
3)利用脉冲发生模块4.4根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
实施例5：如图5所示，所述直流母线电缆1.21、1.22、1.23、1.24由送电端电力系统1，送电端电力系统2的电流源整流器1.4、1.18所采用的定直流母线电流和逆变运行的控制策略包括以下步骤：
1)无故障情况下，根据模式选择器5.1，设定直流母线电缆的直流母线电流参考值为
Figure GDA0003246332570000121
根据电流参考值
Figure GDA0003246332570000122
与实际电缆上的直流母线电流idc1的误差，利用直流母线电流控制模块5.2得到电缆电感上的电压差值Δv；故障情况下，根据模式选择器5.1，设定直流母线电缆的直流母线电流参考值为
Figure GDA0003246332570000123
根据电流参考值
Figure GDA0003246332570000124
与实际电缆上的直流母线电流idc1的误差，利用直流母线电流控制模块5.2得到电缆电感上的电压差值Δv
2)电压差值Δv加上受电端电力系统3直流侧的母线电压vdc，经过调制比计算模块5.4得到调制因数为m1；
3)无故障情况下，根据模式选择器5.1，设定送电端电力系统1,2的电流源整流器1.4、1.18的功率因数角θdc1，加上由锁相环模块5.3根据三相滤波电容上的电网电压vgc1测得的相角θg1，得到开关脉冲需要的相角θ1；故障情况下，根据模式选择器5.1，设定故障情况下送电端电力系统1,2的电流源整流器1.4、1.18的功率因数角
Figure GDA0003246332570000125
加上由锁相环模块5.3根据三相滤波电容上的电网电压vgc1测得的相角θg1，得到开关脉冲需要的相角θ1；
4)利用脉冲发生模块5.4根据调制因数m1和相角θ1生成六路开关脉冲。
实施例6：如图6所示，所述海上风场交流侧的风机2.1,2.15的转速和直流侧的直流母线电缆2.7、2.8、2.21、2.22上的直流母线电流控制采用本地风机主变流器控制策略包括以下步骤：
1)利用最大功率点追踪模块6.1根据风机叶片上测得的风速
Figure GDA0003246332570000126
获得风机的转速参考值
Figure GDA0003246332570000127
利用速度控制模块6.2根据转速参考值
Figure GDA0003246332570000128
和实际风机的转速ωi得到永磁同步发电机q轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000129
永磁同步发电机d轴电流参考值
Figure GDA00032463325700001210
设为0；
2)利用电容电流补偿模块6.3根据三相滤波电容上测得的三相电压vgc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700001211
和
Figure GDA00032463325700001212
3)用永磁同步发电机dq轴电流参考值
Figure GDA00032463325700001213
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700001214
和
Figure GDA00032463325700001215
得到电流源整流器2.4,2.18dq轴参电流考值
Figure GDA00032463325700001216
和
Figure GDA00032463325700001217
4)利用电流源整流器2.4,2.18的极坐标转换模块6.4根据
Figure GDA00032463325700001218
和
Figure GDA00032463325700001219
生成电流源整流器2.4,2.18的直流电流参考值
Figure GDA0003246332570000131
和相角θdc_1，利用直流母线电流控制模块6.5通过最大直流母线电流参考值
Figure GDA0003246332570000132
与实际直流母线电流idc_1的误差，得到调制因数mr，θdc_1加上永磁同步发电机测得的相角θgi得到需要的相角θri；
5)利用电流源整流器2.4,2.18的脉冲发生模块6.6根据调制因数mr和相角θri生成六路开关脉冲。
实施例7：如图7所示，所述分布式电力系统的电流源整流器3.4采用直流母线电流和无功功率控制的方式进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：
1)利用最大值比较模块7.1，根据电流源整流器3.4侧电流参考值
Figure GDA0003246332570000133
和电流源逆变器3.6侧电流参考值
Figure GDA0003246332570000134
得到母线电流参考值
Figure GDA0003246332570000135
根据母线电流参考值
Figure GDA0003246332570000136
和实际母线电流idc的误差，利用直流母线电流控制模块7.2获得电网侧d轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000137
根据无功功率参考值
Figure GDA0003246332570000138
和无功功率Qg的误差，利用无功功率控制模块7.3获得电网侧q轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000139
2)利用电容电流补偿模块7.4根据三相滤波电容上测得的三相电压vgc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700001310
和
Figure GDA00032463325700001311
3)用电网侧dq轴电流参考值
Figure GDA00032463325700001312
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700001313
和
Figure GDA00032463325700001314
得到电流源整流器3.4dq轴参电流考值
Figure GDA00032463325700001315
和
Figure GDA00032463325700001316
4)利用极坐标转换模块7.5根据
Figure GDA00032463325700001317
和
Figure GDA00032463325700001318
生成直流电流参考值
Figure GDA00032463325700001319
和相角θdcr，
Figure GDA00032463325700001320
除以实际测得的直流母线电感3.5上的母线电流idc，得到调制因数mr，θdcr加上电网侧根据锁相环模块7.6测得的相角θg得到开关脉冲需要的相角θr；
5)利用脉冲发生模块7.7根据调制因数mr和相角θr生成六路开关脉冲。
实施例8：如图8所示，所述断路器闭合连接主电网时，分布式电力系统的电流源逆变器3.6采用功率控制的方式进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：
1)利用三相转两相模块8.1，根据测得的主电网3.10的电压vg和相位角θ得到电网的dq轴电压vgd和vgq，将有功功率参考值
Figure GDA00032463325700001321
除以1.5倍电网的d轴电压vgd，获得主电网侧d轴电流参考值
Figure GDA00032463325700001322
将无功功率参考值
Figure GDA00032463325700001323
除以1.5倍电网的q轴电压vgq，获得主电网侧q轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000141
2)利用电容电流补偿模块8.2根据三相滤波电容上测得的三相电压vg获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA0003246332570000142
和
Figure GDA0003246332570000143
3)用主电网侧dq轴电流参考值
Figure GDA0003246332570000144
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA0003246332570000145
和
Figure GDA0003246332570000146
得到dq轴参电流考值
Figure GDA0003246332570000147
和
Figure GDA0003246332570000148
4)利用极坐标转换模块8.3根据
Figure GDA0003246332570000149
和
Figure GDA00032463325700001410
生成直流电流参考值
Figure GDA00032463325700001411
和相角θdci，
Figure GDA00032463325700001412
除以实际测得的直流母线电感3.5上的母线电流idc，得到调制因数mi，θdci加上电网侧根据锁相环模块8.4测得的相角θ得到电流源逆变器(5.6)开关脉冲需要的相角θi；
5)利用脉冲发生模块8.5根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
实施例9：如图9所示，所述断路器断开不连接主电网时，分布式电力系统的电流源逆变器3.6采用负载电压控制的方式进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：
1)利用三相转两相模块9.1，将测得的三相滤波电容3.7上的负载电压vlg和相位角θl得到负载侧的dq轴电压vld和vlq，利用d轴电压控制模块9.2，通过d轴电压参考值
Figure GDA00032463325700001413
和实际d轴电压vld的误差，获得负载侧d轴电流参考值
Figure GDA00032463325700001414
利用q轴电压控制模块9.3，通过q轴电压参考值
Figure GDA00032463325700001415
和实际q轴电压vlq的误差，获得负载侧q轴电流参考值
Figure GDA00032463325700001416
2)利用电容电流补偿模块9.4根据三相滤波电容上测得的三相电压vlg获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700001417
和
Figure GDA00032463325700001418
3)用负载侧dq轴电流参考值
Figure GDA00032463325700001419
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure GDA00032463325700001420
和
Figure GDA00032463325700001421
得到电流源逆变器3.6dq轴参电流考值
Figure GDA00032463325700001422
和
Figure GDA00032463325700001423
4)利用极坐标转换模块9.5根据
Figure GDA00032463325700001424
和
Figure GDA00032463325700001425
生成直流电流参考值
Figure GDA00032463325700001426
和相角θdci，
Figure GDA00032463325700001427
除以实际测得的直流母线电感3.5上的母线电流idc，得到调制因数mi，θdci加上电网侧根据锁相环模块9.6测得的相角θl得到开关脉冲需要的相角θi；
5)利用脉冲发生模块9.7根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法，其中电流源型高压直流输电系统,包括至少两个送电端的电力系统和一个受电端的电力系统，或至少两个受电端的电力系统和一个送电端的电力系统；每个受电端电力系统或送电端电力系统至少包含一个由全控型开关器件组成的电流源型换流器，一个三相滤波电容，一个隔离变压器和一个交流电网；送电端电力系统和受电端电力系统之间通过直流母线电缆以并联环网式相互连接；每个换流器直流侧的出线端以及每条直流母线电缆的两端都含有快速开关，
受电端电力系统3 的交流电网(1.14)，该交流电网与隔离变压器(1.13)一次侧连接；
所述隔离变压器(1.13)二次侧与三相滤波电容(1.12)并联，并与电流源逆变器(1.11)串联；
所述电流源逆变器(1.11)通过平波电抗器(1.9、1.10)和两路直流母线电缆(1.7、1.8)与送电端电力系统1的平波电抗器(1.5、1.6)串联；
所述送电端电力系统1的平波电抗器(1.5、1.6)与电流源整流器(1.4)相连；
所述电流源整流器(1.4)与三相滤波电容(1.3)并联，并与隔离变压器(1.2)的二次侧串联；
所述隔离变压器(1.2)的一次侧与送电端电力系统1的交流电网(1.1)相连；
所述电流源逆变器(1.11)通过平波电抗器(1.9、1.10)和两路直流母线电缆(1.23、1.24)与送电端电力系统2的平波电抗器(1.19、1.20)串联；
所述送电端电力系统2的平波电抗器(1.19、1.20)与电流源整流器(1.18)相连；
所述送电端电力系统2的电流源整流器(1.18)与三相滤波电容(1.17)并联，并与隔离变压器(1.16)的二次侧串联；
所述隔离变压器(1.16)的一次侧与电网2的交流电网(1.15)相连；
所述送电端电力系统1的电流源整流器(1.4)通过平波电抗器(1.5、1.6)和两路直流母线电缆(1.21、1.22)，与所述送电端电力系统2的平波电抗器(1.19、1.20)并联；
所述平波电抗器(1.5、1.6、1.9、1.10、1.19、1.20)与直流母线电缆相连的一端装设快速开关，直流母线电缆(1.7、1.8、1.21、1.22、1.23、1.24)两端都装设快速开关；
其特征在于：无故障情况下，受电端电力系统3的电流源逆变器(1.11)的直流侧采用定直流母线电压的方式进行控制；无故障情况下，直流母线电缆(1.7、1.8、1.23、1.24)上的电流由送电端电力系统1和送电端电力系统2的电流源整流器(1.4、1.18)采用定直流母线电流的方式进行控制；故障情况下，受电端电力系统3的电流源逆变器(1.11)采用闭锁脉冲的方式进行控制，送电端电力系统1和送电端电力系统2的电流源整流器(1.4、1.18)采用逆变运行的方式进行控制；直流母线电缆(1.21、1.22)和受电端电力系统3的电流源逆变器(1.14)的直流母线电流可以自动确定。
2.如权利要求1所述的电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法，其特征在于：无故障情况下，所述受电端电力系统3电流源逆变器(1.11)的直流侧采用定直流母线电压的控制方式包括以下步骤：
步骤1，根据模式选择器(4.1)，设定电流源逆变器(1.11)的功率因数角
Figure FDA0003246332560000021
加上由锁相环模块(4.2)根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；
步骤2，根据模式选择器(4.1)，设定电流源逆变器(1.11)的直流母线电压设定值
Figure FDA0003246332560000022
根据电压设定值
Figure FDA0003246332560000023
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器(4.3)得到调制因数为mi；
步骤3，利用脉冲发生模块(4.4)根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
3.如权利要求1所述的电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法，其特征在于：无故障情况下，所述直流母线电缆(1.21、1.22、1.23、1.24)上的电流由送电端电力系统1，送电端电力系统2的电流源整流器(1.4、1.18)所采用的定直流母线电流的控制方式包括以下步骤：
步骤1，根据模式选择器(5.1)，设定直流母线电缆的直流母线电流参考值为
Figure FDA0003246332560000024
根据电流参考值
Figure FDA0003246332560000025
与实际电缆上的直流母线电流idc1的误差，利用直流母线电流控制模块(5.2)得到电缆电感上的电压差值Δv；
步骤2，电压差值Δv加上受电端电力系统3直流侧的母线电压vdc，经过调制比计算模块(5.4)得到调制因数为m1；
步骤3，根据模式选择器(5.1)，设定送电端电力系统1,2的电流源整流器的功率因数角θdc1，加上由锁相环模块(5.3)根据三相滤波电容上的电网电压vgc1测得的相角θg1，得到开关脉冲需要的相角θ1；
步骤4，利用脉冲发生模块(5.5)根据调制因数m1和相角θ1生成六路开关脉冲。
4.如权利要求1所述的电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法，其特征在于：故障情况下，受电端电力系统3的电流源逆变器(1.11)采用闭锁脉冲，送电端电力系统1和送电端电力系统2的电流源整流器(1.4、1.18)采用逆变运行的保护控制方式包括以下步骤：
步骤1，根据模式选择器(4.1)，设定故障情况下电流源逆变器(1.11)的功率因数角
Figure FDA0003246332560000031
加上由锁相环模块(4.2)根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；同时，根据模式选择器(5.1)，设定故障情况下送电端电力系统1,2的电流源整流器(1.4、1.18)的功率因数角
Figure FDA0003246332560000032
加上由锁相环模块(5.3)根据三相滤波电容上的电网电压vgc1测得的相角θg1，得到开关脉冲需要的相角θ1；
步骤2，根据模式选择器(4.1)，设定故障情况下电流源逆变器(1.11)的直流母线电压设定值
Figure FDA0003246332560000033
根据电压设定值
Figure FDA0003246332560000034
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器(4.3)得到调制因数为mi；同时，根据模式选择器(5.1)，设定故障情况下直流母线电缆的直流母线电流参考值为
Figure FDA0003246332560000035
根据电流参考值
Figure FDA0003246332560000036
与实际电缆上的直流母线电流idc1的误差，利用直流母线电流控制模块(5.2)得到电缆电感上的电压差值Δv，电压差值Δv加上受电端电力系统3直流侧的母线电压vdc，经过调制比计算模块(5.4)得到调制因数为m1；
步骤3，利用脉冲发生模块(4.4)根据调制因数mi和相角θi生成电流源逆变器(1.11)的六路开关脉冲；同时，利用脉冲发生模块(5.5)根据调制因数m1和相角θ1生成电流源整流器(1.4、1.18)的六路开关脉冲；
步骤4，根据步骤1—步骤3，直流侧故障电流可迅速减小到0，然后根据直流故障发生的位置，可通过快速开关将故障线路切除，实现直流侧故障情况下不依赖直流断路器的故障清除；之后，通过将健全线路以及送电端和受电端变换器重新启动运行在无故障情况下，可实现故障清除后的多端直流输电正常运行。
5.一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统的运行方法，
其中连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统，包括至少两个送电端的海上风场和一个受电端的电力系统,或至少两个受电端的电力系统和一个送电端的海上风场；每个受电端电力系统至少包含一个由全控型开关器件组成的电流源整流器，一个三相滤波电容，一个隔离变压器和一个交流电网；每个送电端的海上风场至少包含一个由全控型开关器件组成的电流源逆变器，一个三相滤波电容，一个永磁同步发电机和一个风机；送电端海上风场和受电端电力系统之间通过直流母线电缆以并联放射式相互连接；
受电端电力系统3的交流电网(2.14)，该交流电网与隔离变压器(2.13)一次侧连接；
所述隔离变压器(2.13)二次侧与三相滤波电容(2.12)并联，并与电流源逆变器(2.11)串联；
所述电流源逆变器(2.11)通过平波电抗器(2.9、2.10)和两路直流母线电缆(2.7、2.8)与海上风场1的平波电抗器(2.5、2.6)串联；
所述海上风场1的平波电抗器(2.5、2.6)与电流源整流器(2.4)相连；
所述电流源整流器(2.4)与三相滤波电容(2.3)并联，并与永磁同步发电机(2.2)的定子串联；
所述永磁同步发电机(2.2)的转子与海上风场1的风机(2.1)相连；
所述电流源整流器(2.4)通过平波电抗器(2.5、2.6)和两路直流母线电缆(2.21、2.22)与海上风场2的平波电抗器(2.19、2.20)串联；
所述海上风场2的平波电抗器(2.19、2.20)与电流源整流器(2.18)相连；
所述海上风场2的电流源整流器(2.18)与三相滤波电容(2.17)并联，并与永磁同步发电机(2.16)的定子串联；
所述永磁同步发电机(2.16)的转子与海上风场2的风机(2.15)相连；
其特征在于：陆上电力系统的电流源逆变器(2.11)直流侧采用定直流母线电压的方式进行控制；海上风场交流侧的风机(2.1,2.15)的转速和直流侧的直流母线电缆(2.7、2.8、2.21、2.22)上的直流母线电流由本地风机主变流器控制模块进行控制；海上风场1直流侧的直流母线可以自动确定。
6.如权利要求5所述的一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统的运行方法，其特征在于：所述陆上电力系统的电流源逆变器(2.11)直流侧采用定直流母线电压的控制方法包括以下步骤：
步骤1，设定电流源逆变器(2.11)的功率因数角
Figure FDA0003246332560000051
加上由锁相环模块(4.1)根据三相滤波电容上的电网电压vgc测得的相角θg，得到需要的相角θi；
步骤2，根据电流源逆变器(2.11)直流母线电压设定值
Figure FDA0003246332560000052
和实际母线电压Vdc的误差，通过母线电压控制器(4.2)得到调制因数为mi；
步骤3，利用脉冲发生模块(4.3)根据调制因数mi和相角θi生成六路开关脉冲。
7.如权利要求5所述的一种连接海上风场和陆上电力系统的电流源型多端直流输电系统的运行方法，其特征在于：所述海上风场交流侧的风机(2.1,2.15)的转速和直流侧的直流母线电缆(2.7、2.8、2.21、2.22)上的直流母线电流控制采用本地风机主变流器控制策略包括以下步骤：
步骤1，利用最大功率点追踪模块(6.1)根据风机叶片上测得的风速
Figure FDA0003246332560000053
获得风机的转速参考值
Figure FDA0003246332560000054
利用速度控制模块(6.2)根据转速参考值
Figure FDA0003246332560000055
和实际风机的转速ωi得到永磁同步发电机q轴电流参考值
Figure FDA0003246332560000056
永磁同步发电机d轴电流参考值
Figure FDA0003246332560000057
设为0；
步骤2，利用电容电流补偿模块(6.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压vgc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure FDA0003246332560000058
和
Figure FDA0003246332560000059
步骤3，用永磁同步发电机dq轴电流参考值
Figure FDA00032463325600000510
分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流
Figure FDA00032463325600000511
和
Figure FDA00032463325600000512
得到电流源整流器(2.4,2.18)dq轴参电流考值
Figure FDA00032463325600000513
和
Figure FDA00032463325600000514
步骤4，利用电流源整流器(2.4,2.18)的极坐标转换模块(6.4)根据
Figure FDA00032463325600000515
和
Figure FDA00032463325600000516
生成电流源整流器(2.4,2.18)的直流电流参考值
Figure FDA00032463325600000517
和相角θdc_1，利用直流母线电流控制模块(6.5)通过最大直流母线电流参考值
Figure FDA0003246332560000061
与实际直流母线电流idc_1的误差，得到调制因数mr，θdc_1加上永磁同步发电机测得的相角θgi得到需要的相角θri；
步骤5，利用电流源整流器(2.4,2.18)的脉冲发生模块(6.6)根据调制因数mr和相角θri生成六路开关脉冲。
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