CN110492516A - 一种特高压多端柔性直流输电换流站系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压多端柔性直流输电换流站系统及其控制方法，该系统包括：两个直流换流站极系统，各个直流换流站极系统之间通过一接地母线区连接；直流换流站极系统具有直流线路接线端、第一接地端和第二接地端；第一接地端、第二接地端接入接地母线区；直流换流站极系统包括：第一三相变压电路、第二三相变压电路、第一柔性直流换流阀模块、第二柔性直流换流阀模块、第一开关电路、第二开关电路、第一电抗器模块、第二电抗器模块及转换开关；该换流站极系统通过双极系统接线方式，其能有效将电压提升至特高压等级，提高系统安全运行的可靠性。

Description

一种特高压多端柔性直流输电换流站系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种特高压多端柔性直流输电换流站系统及其控制方法。

背景技术

在我国,特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。目前，为满足大型能源基地电力经济、可靠外送以及跨区域大范围智能电网的柔性互联的需求，将具有特高压、远距离、大容量等特性的柔性直流输电系统应用于逆变站，可以提升多直流馈入受端电网的安全、稳定水平。

在特高压输电场景下，由于换流站电压等级高、换流容量大、架空输电线路长，使用传统的柔性直流输电系统将面临单换流器容量过大、桥臂串联模块数过多、直流故障难以清除等问题；尤其是对于多端柔性直流输电应用场景，将面临无扰在线投退与故障快速隔离、重启等挑战，运行风险较大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种特高压多端柔性直流输电换流站系统及其控制方法，该多端柔性直流输电系统能有效将电压提升至特高压等级，提高多端柔性直流输电系统安全运行的可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种特高压多端柔性直流输电换流站系统，包括：两个直流换流站极系统，所述直流换流站极系统具有直流线路接线端、第一接地端和第二接地端；所述第一接地端、第二接地端接入一接地母线区，以使得两个所述直流换流站极系统之间通过所述接地母线区连接；所述直流换流站极系统包括：第一三相变压电路、第二三相变压电路、第一柔性直流换流阀模块、第二柔性直流换流阀模块、第一开关电路、第二开关电路、第一电抗器模块、第二电抗器模块以及转换开关；

所述转换开关连接在所述直流线路接线端与所述第一接地端之间；

所述第一三相变压电路的三相输入端用于与交流母线三相连接，所述第一三相变压电路的三相输出端与所述第一柔性直流换流阀模块的交流侧连接；所述第一柔性直流换流阀模块的直流侧与所述第一开关电路的输入端连接；所述第一开关电路的第一输出端与所述第一电抗器模块的输入端连接，所述第一开关电路的第二输出端与所述第二开关电路的第二输出端连接；所述第一电抗器模块的输出端与所述直流线路接线端连接；

所述第二三相变压电路的三相输入端用于与交流母线三相连接，所述第二三相变压电路的三相输出端与所述第二柔性直流换流阀模块的交流侧连接；所述第二柔性直流换流阀模块的直流侧与所述第二开关电路的输入端连接；所述第二开关电路的第一输出端与所述第二电抗器模块的输入端连接，所述第二电抗器模块的输出端与所述第二接地端连接。

优选地，所述第一三相变压电路包括：三条第一变压支路，每条所述第一变压支路包括第一阀启动电路、第一变压器、第一隔离开关；所述第一阀启动电路的输入端与所述第一三相变压电路的三相输入端连接，所述第一阀启动电路的输出端与所述第一变压器的输入端连接，所述第一变压器的输出端与所述第一隔离开关的第一端连接，所述第一隔离开关的第二端与所述第一三相变压电路的三相输出端连接。

优选地，所述第一柔性直流换流阀模块包括第一柔性直流换流阀、三个第一上桥臂电抗器以及三个第一下桥臂电抗器；其中，所述第一柔性直流换流阀包括第一上桥臂、第一下桥臂，所述第一上桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第一下桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第一上桥臂的三个交流端子与所述第一下桥臂的三个交流端子一一对应连接，形成所述第一柔性直流换流阀模块的交流侧；三个所述第一上桥臂电抗器的输入端与所述第一上桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第一上桥臂电抗器的输出端形成所述第一柔性直流换流阀模块的第一直流端；三个所述第一下桥臂电抗器的输入端与所述第一下桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第一下桥臂电抗器的输出端形成所述第一柔性直流换流阀模块的第二直流端，其中，所述第一直流端与所述第二直流端形成所述第一柔性直流换流阀模块的直流侧。

优选地，所述第一开关电路包括：第一旁路开关、第三隔离开关、第四隔离开关、第五隔离开关；所述第一旁路开关、所述第三隔离开关的第一端与所述第一柔性直流换流阀模块的第一直流端连接；所述第一旁路开关的第二端、所述第四隔离开关的第一端与所述第一柔性直流换流阀模块的第二直流端连接；所述第三隔离开关的第二端、所述第五隔离开关的第一端与所述第一开关电路的第一输出端连接；所述第四隔离开关、第五隔离开关的第二端与所述第一开关电路的第二输出端连接。

优选地，所述第一电抗器模块包括：第一直流电抗器、第一直流高速开关、第九隔离开关；所述第一直流电抗器的输入端与所述第一电抗器模块的输入端连接，所述第一直流电抗器的输出端与所述第一直流高速开关的第一端连接，所述第一直流高速开关的第二端与所述第九隔离开关的第一端连接，所述第九隔离开关的第二端与所述第一电抗器模块的输出端连接。

优选地，所述第二电抗器模块包括：第二直流电抗器、中性母线开关；所述第二直流电抗器的输入端与所述第二电抗器模块的输入端连接，所述第二直流电抗器的输出端与所述中性母线开关的第一端连接，所述中性母线开关的第二端与所述第二电抗器模块的输出端连接。

优选地，所述第一阀启动电路包括：第一电阻和第三旁路开关，所述第一电阻、所述第三旁路开关的第一端与所述第一阀启动电路的输入端连接，所述第一电阻、所述第三旁路开关的第二端与所述第一阀启动电路的输出端连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种特高压多端柔性直流输电系统的控制方法，应用如第一方面所述的特高压多端柔性直流输电系统，包括以下步骤：

获取用户预先设置的特高压多端柔性直流输电系统的阀组运行状态；

根据所述阀组运行状态生成使能信号，并将所述使能信号发送到预设构建的有功功率控制器；

获取检测到的第一柔性直流换流阀、第二柔性直流换流阀的直流电压；

根据所述第一柔性直流换流阀的直流电压、所述第二柔性直流换流阀的直流电压，通过预先构建的阀组平衡控制器，得到控制调节量；

获取检测到的所述特高压多端柔性直流输电系统的有功功率实际值；

根据预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值、所述控制调节量以及所述使能信号，通过所述有功功率控制器，得到交流有功电流参考值，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作。

相对于现有技术，本发明实施例所述的特高压多端柔性直流输电系统的控制方法的有益效果在于：

通过在传统的柔性直流输电系统的控制基础上，在有功功率控制器的输入上增加所述控制调节量和所述使能信号，使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据接收到的有功功率控制器输出的交流有功电流参考值进行控制动作，以将电压提升至特高压等级，同时避免有功功率控制器输出的交流有功电流参考值出现剧烈的波动，提高多端柔性直流输电系统安全运行的可靠性。

优选地，所述阀组运行状态包括当前阀组处于有功功率模式、当前阀组为选定阀组、双阀组解锁以及当前阀组已解锁；其中，

所述根据所述阀组运行状态生成使能信号，并将所述使能信号发送到预设构建的有功功率控制器，具体包括：

对所述阀组运行状态中的本阀组处于有功功率模式、本阀组为选定阀组、双阀组解锁以及本阀组已解锁进行逻辑与运算，得到逻辑与运算结果；

根据所述与运算结果，生成使能信号。

优选地，所述根据预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值、所述控制调节量以及所述使能信号，通过所述有功功率控制器，得到交流有功电流参考值，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作，具体包括：

将所述控制调节量和所述使能信号进行相乘，得到相乘结果；

将所述相乘结果通过上升率限幅环节叠加到所述有功功率控制器的输入上，同时将预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值分别叠加到所述有功功率控制器的输入上；

通过所述有功功率控制器，对所述有功功率参考值、所述有功功率实际值以及通过上升率限幅环节后的相乘结果进行逻辑异或运算，得到输出的交流有功电流参考值；

将所述交流有功电流参考值发送到所述特高压多端柔性直流输电系统，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的特高压多端柔性直流输电系统的示意图；

图2是本发明第一实施例提供的特高压多端柔性直流输电系统的接线示意图；

图3是本发明第一实施例提供的上桥臂或下桥臂的接线示意图；

图4是本发明第一实施例提供的全桥功率模块的示意图；

图5是本发明第一实施例提供的是半桥功率模块的示意图；

图6是本发明第二实施例提供的特高压多端柔性直流输电系统的控制方法的流程图；

图7是本发明第二施例提供的特高压柔性直流输电系统的结构示意简图；

图8是本发明第二施例提供的阀组平衡控制器的逻辑运算示意图；

图9是本发明第二实施例提供的阀组平衡控制器的使能信号的计算示意图；

图10是本发明第二实施例提供的有功功率控制器的逻辑运算示意图。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图5，本发明第一实施例提供了一种特高压多端柔性直流输电系统，包括：

两个直流换流站极系统1，所述直流换流站系统1具有直流线路接线端、第一接地端和第二接地端；所述第一接地端、第二接地端接入一接地母线区，以使得两个所述直流换流站系统之间通过所述接地母线区连接；所述直流换流站极系统1包括：第一三相变压电路11、第二三相变压电路12、第一柔性直流换流阀模块13、第二柔性直流换流阀模块14、第一开关电路15、第二开关电路16、第一电抗器模块17、第二电抗器模块18以及转换开关19；

所述转换开关19连接在所述直流线路接线端与所述第一接地端之间；

所述第一三相变压电路11的三相输入端用于与交流母线三相连接，所述第一三相变压电路11的三相输出端与所述第一柔性直流换流阀模块13的交流侧连接；所述第一柔性直流换流阀模块13的直流侧与所述第一开关电路15的输入端连接；所述第一开关电路15的第一输出端与所述第一电抗器模块17的输入端连接，所述第一开关电路15的第二输出端与所述第二开关电路16的第二输出端连接；所述第一电抗器模块17的输出端与所述直流线路接线端连接；

所述第二三相变压电路12的三相输入端用于与交流母线三相连接，所述第二三相变压电路12的三相输出端与所述第二柔性直流换流阀模块14的交流侧连接；所述第二柔性直流换流阀模块14的直流侧与所述第二开关电路16的输入端连接；所述第二开关电路16的第一输出端与所述第二电抗器模块18的输入端连接，所述第二电抗器模块18的输出端与所述第二接地端连接。

在本发明实施例中，转换开关19作为直流极线转换开关。所述高压多端柔性直流输电系统采用双极系统接线方式，电路拓扑结构和接线简单，其能有效避免单换流器容量过大、桥臂串联模块数过多、直流故障难以清除等问题，同时能有效将电压提升至特高压等级，提高多端柔性直流输电系统安全运行的可靠性。

在一种可选的实施中，所述第一三相变压电路包括：三条第一变压支路，每条所述第一变压支路包括第一阀启动电路111、第一变压器112、第一隔离开关113；所述第一阀启动电路111的输入端与所述第一三相变压电路的三相输入端连接，所述第一阀启动电路111的输出端与所述第一变压器112的输入端连接，所述第一变压器112的输出端与所述第一隔离开关113的第一端连接，所述第一隔离开关113的第二端与所述第一三相变压电路11的三相输出端连接。

在本发明实施例中，所述第一变压器112采用800kV变压器、第一隔离开关113采用800kV阀侧隔离开关。

在一种可选的实施中，，所述第二三相变压电路包括：三条第二变压支路，每条所述第二变压支路包括第二阀启动电路、第二变压器、第二隔离开关；所述第二阀启动电路的输入端与所述第二三相变压电路的三相输入端连接，所述第二阀启动电路的输出端与所述第二变压器的输入端连接，所述第二变压器的输出端与所述第二隔离开关的第一端连接，所述第二隔离开关的第二端与所述第二三相变压电路的三相输出端连接。

在一种可选的实施中，所述第一阀启动电路111包括：启动电阻R0和第三旁路开关K1，所述启动电阻R0、所述第三旁路开关K1的第一端与所述第一阀启动电路111的输入端连接，所述启动电阻R0、所述第三旁路开关K1的第二端与所述第一阀启动电路的输出端连接。

所述第二阀启动电路包括：第二电阻和第四旁路开关，所述第二电阻、所述第四旁路开关的第一端与所述第二阀启动电路的输入端连接，所述第二电阻、所述第四旁路开关的第二端与所述第二阀启动电路的输出端连接。

需要说明的是，在本发明实施例中所述第二三相变压电路12与所述第一三相变压电路11的区别仅在于所述第二三相变压电路12中采用400kV变压器、400kV阀侧隔离开关，二者电路结构相同，其具体电路可参见第一三相变压电路，11在此不再对所述第二三相变压电路12进行说明。在第二三相变压电路12中启动电阻与第四旁路开关并联形成的启动电路称为第二阀启动电路。

在本发明实施例中，第一阀启动电路和第二阀启动电路均采用启动电阻和旁路开关并联组成，第一阀启动电路和第二阀启动电路的网侧接入换流站交流母线，第一阀启动回路的阀侧与800kV变压器的网侧套管相连，第二阀启动回路的阀侧与400kV变压器的网侧套管相连，所述第三旁路开关和第四旁路开关可为隔离开关或交流断路器。所述800kV阀侧隔离开关和400kV阀侧隔离开关的网侧分别与800kV变压器和400kV变压器的阀侧套管相连，800kV阀侧隔离开关的另一侧与800kV柔性直流换流阀的交流端相连；400kV阀侧隔离开关的另一侧和400kV柔性直流换流阀的交流端相连。800kV阀侧隔离开关和400kV阀侧隔离开关可为双接地型式或单接地型式。

在一种可选的实施中，所述第一柔性直流换流阀模块13包括第一柔性直流换流阀131、三个第一上桥臂电抗器132以及三个第一下桥臂电抗器133；其中，所述第一柔性直流换流阀131包括第一上桥臂、第一下桥臂，所述第一上桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第一下桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第一上桥臂的三个交流端子与所述第一下桥臂的三个交流端子一一对应连接，形成所述第一柔性直流换流阀模块13的交流侧；三个所述第一上桥臂电抗器132的输入端与所述第一上桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第一上桥臂电抗器132的输出端形成所述第一柔性直流换流阀模块13的第一直流端；三个所述第一下桥臂电抗器133的输入端与所述第一下桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第一下桥臂电抗器133的输出端形成所述第一柔性直流换流阀模块13的第二直流端，其中，所述第一直流端与所述第二直流端形成所述第一柔性直流换流阀模块的直流侧。

进一步地，所述第二柔性直流换流阀模块14与所述第一柔性直流换流阀模块13的电路结构相同，所述第二柔性直流换流阀模块14包括第二柔性直流换流阀(图中未标识)、三个第二上桥臂电抗器(图中未标识)以及三个第二下桥臂电抗器(图中未标识)；其中，所述第二柔性直流换流阀包括第二上桥臂、第二下桥臂，所述第二上桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第二下桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第二上桥臂的三个交流端子与所述第二桥臂的三个交流端子一一对应连接，其连接点作为所述第二柔性直流换流阀模块的交流侧；三个所述第二上桥臂电抗器的输入端与所述第二上桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第二上桥臂电抗器的输出端形成所述第二柔性直流换流阀模块的第一直流端；三个所述第二下桥臂电抗器的输入端与所述第二下桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第二下桥臂电抗器的输出端形成所述第二柔性直流换流阀模块的第二直流端。

在本发明实施例中，第一上桥臂电抗器是800kV桥臂电抗器，第一下桥臂电抗器是400kV桥臂电抗器，其中，第一柔性直流换流阀是800kV柔性直流换流阀，作为第一阀组；第二上桥臂电抗器是400kV桥臂电抗器，第二下桥臂电抗器是120kV桥臂电抗器，其中，第二柔性直流换流阀是400kV柔性直流换流阀，作为第二阀组。

所述800kV柔性直流换流阀的交流端与800kV阀侧隔离开关相接，所述800kV柔性直流换流阀中的第一上桥臂的三个直流端分别与对应相800kV桥臂电抗器的阀侧相接，第一下桥臂的三个直流端分别与对应相400kV桥臂电抗器的阀侧相接，800kV桥臂电抗器的直流侧相互连接形成第一阀组的800kV公共点，400kV桥臂电抗器的直流侧相互连接形成第一阀组的400kV公共点。所述400kV柔性直流换流阀的交流端与400kV阀侧隔离开关相接，所述400kV柔性直流换流阀中的第二上桥臂的三个直流端分别与对应相400kV桥臂电抗器的阀侧相接，第二下桥臂的三个直流端分别与对应相120kV桥臂电抗器的阀侧相接，400kV桥臂电抗器的直流侧相互连接形成第二阀组的400kV公共点，120kV桥臂电抗器的直流侧相互连接形成第二阀组的120kV公共点。

进一步地，在本发明实施例中第一上桥臂、第一下桥臂、第二上桥臂以及第二下桥臂的电路结构相同，如图3所示，均是采用M个全桥功率模块与N个半桥功率模块串联的接线方式。

具体地，如图4所示，所述全桥功率模块包括第一开关W1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第二三极管Q2、第二二极管D2、第三三极管Q3、第三二极管D3、第四三极管Q4、第四二极管D4、第一电容C1以及第一电阻R1；其中，第一开关W1连接在全桥功率模块的输入端和输出端之间；所述第一三极管Q1的发射极与所述第一开关W1的第一端、所述第二三极管Q2的集电极连接，所述第一三极管Q1的集电极与所述第三三极管Q3的集电极、第一电容C1和第一电阻R1的第一端连接；所述第二三极管Q2的发射极与所述第四三极管Q4的发射极、第一电容C1和第一电阻R1的第二端连接；所述第三三极管Q3的发射极与所述第四三极管Q4、所述第一开关W1的第二端连接；所述第一二极管D1连接在所述第一三极管Q1的集电极和发射极之间；所述第二二极管D2连接在所述第二三极管Q2的集电极和发射极之间；所述第三二极管D3连接在所述第三三极管Q3的集电极和发射极之间；所述第四二极管D4连接在所述第四三极管Q4的集电极和发射极之间。

如图5所示，所述半桥功率模块包括第二开关W2、第五三极管Q5、第五二极管D5、第六三极管Q6、第六二极管D6、第二电容C2和第二电阻R2；所述第二开关W2连接在所述半桥功率模块的输入端和输出端之间；所述第二开关W2的第一端与所述五三极管Q5的发射极、所述第六三极管Q6的集电极连接，所述第二开关W2的第二端与所述第六三极管Q6的发射极、第二电容C2和第二电阻R2的第二端连接；所述第五三极管Q5的集电极与所述第二电容C2、第二电阻R2的第一端连接；所述第五二极管D5连接在所述第五三极管Q5的发射极和集电极之间；所述第六二极管D6连接在所述第六三极管Q6的发射极和集电极之间。

在一种可选的实施中，所述第一开关电路15包括：第一旁路开关BPS1、第三隔离开关QH1、第四隔离开关QH2、第五隔离开关QH；所述第一旁路开关BPS1、所述第三隔离开关QH1的第一端与所述第一柔性直流换流阀模块13的第一直流端连接；所述第一旁路开关BPS1的第二端、所述第四隔离开关QH2的第一端与所述第一柔性直流换流阀模块13的第二直流端连接；所述第三隔离开关QH1的第二端、所述第五隔离开关QH的第一端与所述第一开关电路15的第一输出端连接；所述第四隔离开关QH2、第五隔离开关QH的第二端与所述第一开关电路15的第二输出端连接。

在本发明实施例中，所述第一旁路开关BPS1采用旁路断路器。需要说明的是，在本发明实施例中所述第二开关电路16与所述第一开关电路15的电路结构相同，其具体电路可参见第一开关电路15，在此不再对所述第二开关电路16进行说明。

在发明实施例中，所述第三隔离开关的阀侧与第一旁路开关的800kV侧和第一阀组的800kV公共点相连，所述第三隔离开关的线路侧与第五隔离开关的800kV侧相连。所述第三隔离开关可为双接地或单接地型式，第五隔离开关可为单接地或不接地型式。所述第四隔离开关的阀侧与第一旁路开关的400kV侧和第一阀组的400kV公共点相连，所述第四隔离开关的线路侧与第五隔离开关的400kV侧相连。所述第四隔离开关可为双接地或单接地型式。

所述第二开关电路包括：第二旁路开关、第六隔离开关、第七隔离开关、第八隔离开关；所述第二旁路开关、所述第六隔离开关的第一端与所述第二柔性直流换流阀模块的第一直流端连接；所述第二旁路开关的第二端、所述第七隔离开关的第一端与所述第二柔性直流换流阀模块的第二直流端连接；所述第六隔离开关的第二端、所述第八隔离开关的第一端与所述第二开关电路的第一输出端连接；所述第七隔离开关、第八隔离开关的第二端与所述第二开关电路的第二输出端连接。

在一种可选的实施中，所述第一电抗器模块17包括：第一直流电抗器171、第一直流高速开关K2、第九隔离开关K3；所述第一直流电抗器171的输入端与所述第一电抗器模块17的输入端连接，所述第一直流电抗器171的输出端与所述第一直流高速开关K2的第一端连接，所述第一直流高速开关K2的第二端与所述第九隔离开关K3的第一端连接，所述第九隔离开关K3的第二端与所述第一电抗器模块17的输出端连接。

在本发明实施例中，所述第一直流电抗器171作为直流极线直流电抗器，所述第一直流高速开关K2作为直流高速并联开关，所述第九隔离开关K3作为直流极线隔离开关。

在一种可选的实施中，所述第二电抗器模块18包括：第二直流电抗器181、中性母线开关K4；所述第二直流电抗器181的输入端与所述第二电抗器模块18的输入端连接，所述第二直流电抗器181的输出端与所述中性母线开关K4的第一端连接，所述中性母线开关k4的第二端与所述第二电抗器模块18的输出端连接。

在本发明实施例中，所述第二直流电抗器作为中性母线直流电抗器。

在本发明实施例中，所述第一开关电路中的第五隔离开关的400kV侧和所述第二开关电路中相应的隔离开关QL的400kV侧相连，第五隔离开关的800kV与直流极线直流电抗器的阀侧相连，直流极线直流电抗器的线路侧与直流高速并联开关的阀侧相连，直流高速并联开关的线路侧与直流极线隔离开关的阀侧相连，直流极线隔离开关的线路侧与直流极线转换开关的800kV侧相连，并连接至直流线路，直流极线转换开关的120kV侧连接至接地极母线区。所述隔离开关QL的120kV侧与中性母线直流电抗器的阀侧相连，中性母线直流电抗器的另一侧与中性母线开关的阀侧相连，中性母线开关的另一侧连接至接地极母线区。

相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：所述高压多端柔性直流输电系统采用双极系统接线方式，电路拓扑结构和接线简单，其能有效避免单换流器容量过大、桥臂串联模块数过多、直流故障难以清除等问题，同时能有效将电压提升至特高压等级，提高多端柔性直流输电系统安全运行的可靠性。

请参见图6，本发明第二实施例提供了一种特高压多端柔性直流输电系统的控制方法，应用如第一方面所述的特高压多端柔性直流输电系统，包括以下步骤：

S11：获取用户预先设置的特高压多端柔性直流输电系统的阀组运行状态；

如图7所示，所述特高压多端柔性直流输电系统是指每个站的一极由两个柔性直流阀组在直流侧串联构成的柔性直流输电系统，电压等级为特高压，可以简化看成是柔性直流换流站每一极由两个MMC串联构成，靠近直流输电线路的MMC称为第一阀组，靠近接地极的MMC称为第二阀组；每一个MMC由数量众多的子模块串联构成；两个MMC通过交流侧的变压器与交流系统联接。需要说明的是，在本发明第二实施例中所述阀组指的是第一实施例所述第一阀组和第二阀组(即第一柔性直流换流阀和第二柔性直流换流阀)，其由六个桥臂构成的单个模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)。所述MMC，需要具有零压运行能力，即在维持子模块电容电压稳定的前提下，换流器的直流电压可以控制为零。零压运行能力取决于子模块拓扑，如全桥型子模块拓扑能实现MMC的零压运行。

S12：根据所述阀组运行状态生成使能信号，并将所述使能信号发送到预设构建的有功功率控制器；

S13：获取检测到的第一柔性直流换流阀、第二柔性直流换流阀的直流电压；

S14：根据所述第一柔性直流换流阀的直流电压、所述第二柔性直流换流阀的直流电压，通过预先构建的阀组平衡控制器，得到控制调节量；

在本发明实施例中，计算所述第一柔性直流换流阀的直流电压、所述第二柔性直流换流阀的直流电压的差值，将该差值输入到所述阀组平衡控制器中，得到输出的控制调节量，如图8所示，所述阀组平衡控制器，是指有比例积分环节构成的控制器，其输入是串联阀组的直流电压差值，输出是控制调节量；所述阀组平衡控制器的工作原理如下：将所述第一柔性直流换流阀的直流电压、所述第二柔性直流换流阀的直流电压分别进行低通滤波，然后再计算低通滤波后的第一柔性直流换流阀的直流电压、第二柔性直流换流阀的直流电压的差值，最后通过比例积分(PI)控制器，输出所述控制调节量。其中，比例积分(PI)控制器包含限幅环节，通常可选取为±0.2pu。比例积分(PI)控制器的输出作为控制调节量ΔB。

S15：获取检测到的所述特高压多端柔性直流输电系统的有功功率实际值；

S16：根据预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值、所述控制调节量以及所述使能信号，通过所述有功功率控制器，得到交流有功电流参考值，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作。

本发明实施例中，通过在传统的柔性直流输电系统的控制基础上，在有功功率控制器的输入上增加所述控制调节量和所述使能信号，使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据接收到的有功功率控制器输出的交流有功电流参考值进行控制动作，以将电压提升至特高压等级，同时避免有功功率控制器输出的交流有功电流参考值出现剧烈的波动，提高多端柔性直流输电系统安全运行的可靠性。

需要说明的是，在本发明实施例中对所述特高压多端柔性直流输电系统的控制动作不做具体的限定，例如可以是阀组投入、退出、隔离、重启等动作，具体地可根据有功功率控制器输出的交流有功电流参考值得出该特高压多端柔性直流输电系统实际需要进行动作。其中，阀组投入动作，是指阀组在完成故障清除或检修后，将该阀组投入串联运行。

在一种可选的实施中，所述阀组运行状态包括当前阀组处于有功功率模式、当前阀组为选定阀组、双阀组解锁以及当前阀组已解锁；其中，

所述根据所述阀组运行状态生成使能信号，并将所述使能信号发送到预设构建的有功功率控制器，具体包括：

对所述阀组运行状态中的本阀组处于有功功率模式、本阀组为选定阀组、双阀组解锁以及本阀组已解锁进行逻辑与运算，得到逻辑与运算结果；

根据所述与运算结果，生成使能信号。

在本发明实施例中，根据阀组的运行状态，决定平衡控制策略是否使能：如图9所示，逻辑与运算的规则如下：当特高压多端柔性直流输电系统中串联的阀组中任一阀组处于电压控制模式时，平衡控制策略不使能(即有功功率控制器不使能)；当特高压多端柔性直流输电系统中串联的阀组均处于有功功率控制模式时，平衡控制策略使能。平衡控制策略仅在串联阀组的其中一个阀组中使能(即有功功率控制器使能)。当阀组中有任一个阀组闭锁时，平衡控制策略不使能。当阀组均处于解锁状态时，平衡控制策略使能。当阀组中的其中一个阀组处于旁路状态时，平衡控制策略不使能。

在一种可选的实施中，所述根据预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值、所述控制调节量以及所述使能信号，通过所述有功功率控制器，得到交流有功电流参考值，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作，具体包括：

将所述控制调节量和所述使能信号进行相乘，得到相乘结果；

将所述相乘结果通过上升率限幅环节叠加到所述有功功率控制器的输入上，同时将预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值分别叠加到所述有功功率控制器的输入上；

通过所述有功功率控制器，对所述有功功率参考值、所述有功功率实际值以及通过上升率限幅环节后的相乘结果进行逻辑异或运算，得到输出的交流有功电流参考值；

将所述交流有功电流参考值发送到所述特高压多端柔性直流输电系统，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作。

在本发明实施例中，如图10所示，所述有功功率控制器，是指对柔性直流阀组的有功功率进行控制的环节，其输出作为电流控制器的参考值。具体地，控制调节量ΔB与使能信号相乘后，通过上升率限幅环节，最后叠加在有功功率控制环的输入上，通过调节阀组的有功功率输出，来实现阀组直流电压的平衡。上升率限幅环节的作用是避免在平衡控制由不使能切换为使能时，有功功率不会出现剧烈的波动，避免有功功率出现阶跃跳跃现象，减少冲击。

相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：

通过将两个串联的阀组的直流电压作差，将其差值作为阀组平衡控制器的输入，该差值通过阀组平衡控制器后，输出控制调节量。控制调节量叠加在有功功率控制器的参考值上，输出交流有功电流参考值，作为系统的动作依据，实现了串联高低阀组的直流电压均衡，将电压提升至特高压等级的同时避免有功功率控制器输出的交流有功电流参考值出现剧烈的波动，提高多端柔性直流输电系统安全运行的可靠性。

Claims (10)

1.一种特高压多端柔性直流输电换流站系统，其特征在于，包括：两个直流换流站极系统，所述直流换流站极系统具有直流线路接线端、第一接地端和第二接地端；所述第一接地端、第二接地端接入一接地母线区，以使得两个所述直流换流站极系统之间通过所述接地母线区连接；所述直流换流站极系统包括：第一三相变压电路、第二三相变压电路、第一柔性直流换流阀模块、第二柔性直流换流阀模块、第一开关电路、第二开关电路、第一电抗器模块、第二电抗器模块以及转换开关；

所述转换开关连接在所述直流线路接线端与所述第一接地端之间；

所述第一三相变压电路的三相输入端用于与交流母线三相连接，所述第一三相变压电路的三相输出端与所述第一柔性直流换流阀模块的交流侧连接；所述第一柔性直流换流阀模块的直流侧与所述第一开关电路的输入端连接；所述第一开关电路的第一输出端与所述第一电抗器模块的输入端连接，所述第一开关电路的第二输出端与所述第二开关电路的第二输出端连接；所述第一电抗器模块的输出端与所述直流线路接线端连接；

所述第二三相变压电路的三相输入端用于与交流母线三相连接，所述第二三相变压电路的三相输出端与所述第二柔性直流换流阀模块的交流侧连接；所述第二柔性直流换流阀模块的直流侧与所述第二开关电路的输入端连接；所述第二开关电路的第一输出端与所述第二电抗器模块的输入端连接，所述第二电抗器模块的输出端与所述第二接地端连接。

2.如权利要求1所述的特高压多端柔性直流输电换流站系统，其特征在于，所述第一三相变压电路包括：三条第一变压支路，每条所述第一变压支路包括第一阀启动电路、第一变压器、第一隔离开关；所述第一阀启动电路的输入端与所述第一三相变压电路的三相输入端连接，所述第一阀启动电路的输出端与所述第一变压器的输入端连接，所述第一变压器的输出端与所述第一隔离开关的第一端连接，所述第一隔离开关的第二端与所述第一三相变压电路的三相输出端连接。

3.如权利要求1所述的特高压多端柔性直流输电换流站系统，其特征在于，所述第一柔性直流换流阀模块包括第一柔性直流换流阀、三个第一上桥臂电抗器以及三个第一下桥臂电抗器；其中，所述第一柔性直流换流阀包括第一上桥臂、第一下桥臂，所述第一上桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第一下桥臂具有三个直流端子和三个交流端子，所述第一上桥臂的三个交流端子与所述第一下桥臂的三个交流端子一一对应连接，形成所述第一柔性直流换流阀模块的交流侧；三个所述第一上桥臂电抗器的输入端与所述第一上桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第一上桥臂电抗器的输出端形成所述第一柔性直流换流阀模块的第一直流端；三个所述第一下桥臂电抗器的输入端与所述第一下桥臂的三个直流端子一一对应连接，三个所述第一下桥臂电抗器的输出端形成所述第一柔性直流换流阀模块的第二直流端，其中，所述第一直流端与所述第二直流端形成所述第一柔性直流换流阀模块的直流侧。

4.如权利要求1所述的特高压多端柔性直流输电换流站系统，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一旁路开关、第三隔离开关、第四隔离开关、第五隔离开关；所述第一旁路开关、所述第三隔离开关的第一端与所述第一柔性直流换流阀模块的第一直流端连接；所述第一旁路开关的第二端、所述第四隔离开关的第一端与所述第一柔性直流换流阀模块的第二直流端连接；所述第三隔离开关的第二端、所述第五隔离开关的第一端与所述第一开关电路的第一输出端连接；所述第四隔离开关、第五隔离开关的第二端与所述第一开关电路的第二输出端连接。

5.如权利要求1所述的特高压多端柔性直流输电换流站系统，其特征在于，所述第一电抗器模块包括：第一直流电抗器、第一直流高速开关、第九隔离开关；所述第一直流电抗器的输入端与所述第一电抗器模块的输入端连接，所述第一直流电抗器的输出端与所述第一直流高速开关的第一端连接，所述第一直流高速开关的第二端与所述第九隔离开关的第一端连接，所述第九隔离开关的第二端与所述第一电抗器模块的输出端连接。

6.如权利要求1所述的特高压多端柔性直流输电换流站系统，其特征在于，所述第二电抗器模块包括：第二直流电抗器、中性母线开关；所述第二直流电抗器的输入端与所述第二电抗器模块的输入端连接，所述第二直流电抗器的输出端与所述中性母线开关的第一端连接，所述中性母线开关的第二端与所述第二电抗器模块的输出端连接。

7.如权利要求2所述的特高压多端柔性直流输电换流站系统，其特征在于，所述第一阀启动电路包括：第一电阻和第三旁路开关，所述第一电阻、所述第三旁路开关的第一端与所述第一阀启动电路的输入端连接，所述第一电阻、所述第三旁路开关的第二端与所述第一阀启动电路的输出端连接。

8.一种特高压多端柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，应用如权利要求1所述的特高压多端柔性直流输电系统，包括以下步骤：

获取用户预先设置的特高压多端柔性直流输电系统的阀组运行状态；

根据所述阀组运行状态生成使能信号，并将所述使能信号发送到预设构建的有功功率控制器；

获取检测到的第一柔性直流换流阀、第二柔性直流换流阀的直流电压；

根据所述第一柔性直流换流阀的直流电压、所述第二柔性直流换流阀的直流电压，通过预先构建的阀组平衡控制器，得到控制调节量；

获取检测到的所述特高压多端柔性直流输电系统的有功功率实际值；

根据预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值、所述控制调节量以及所述使能信号，通过所述有功功率控制器，得到交流有功电流参考值，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作。

9.如权利要求8所述的特高压多端柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述阀组运行状态包括当前阀组处于有功功率模式、当前阀组为选定阀组、双阀组解锁以及当前阀组已解锁；其中，

所述根据所述阀组运行状态生成使能信号，并将所述使能信号发送到预设构建的有功功率控制器，具体包括：

对所述阀组运行状态中的本阀组处于有功功率模式、本阀组为选定阀组、双阀组解锁以及本阀组已解锁进行逻辑与运算，得到逻辑与运算结果；

根据所述与运算结果，生成使能信号。

10.如权利要求8所述的特高压多端柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述根据预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值、所述控制调节量以及所述使能信号，通过所述有功功率控制器，得到交流有功电流参考值，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作，具体包括：

将所述控制调节量和所述使能信号进行相乘，得到相乘结果；

将所述相乘结果通过上升率限幅环节叠加到所述有功功率控制器的输入上，同时将预先采集的有功功率参考值、所述有功功率实际值分别叠加到所述有功功率控制器的输入上；

通过所述有功功率控制器，对所述有功功率参考值、所述有功功率实际值以及通过上升率限幅环节后的相乘结果进行逻辑异或运算，得到输出的交流有功电流参考值；

将所述交流有功电流参考值发送到所述特高压多端柔性直流输电系统，以使得所述特高压多端柔性直流输电系统根据所述交流有功电流参考值进行控制动作。