CN110829476A - 一种特高压混合级联直流输电系统中多mmc换流器间不平衡电流的均衡控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略，该特高压混合级联直流输电系统整流侧采用双12脉动LCC，逆变侧采用一个LCC同多个并联的MMC串联的结构。本发明提供的控制策略适用于均衡系统逆变侧发生交流侧故障时逆变侧LCC电压大幅度降低或换相失败电压降为零时产生的不平衡电流，根据求解得到的不平衡电流转化成功率补偿至逆变侧定功率控制MMC的有功功率外环，以达到均衡电流功率的目的，能够有效减少降压时的过电流水平，加快故障恢复时间；且在不需要不平衡检测的情况下，简单快捷地实现多MMC间的电流均衡，提高了系统的稳定性。摘要附图为以三个MMC为例的不平衡电流均衡控制框图。

Description

一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡 电流的均衡控制策略

技术领域

本发明涉及一种输配电技术领域的装置，具体涉及一种特高压混合级联直流输电系统中多 MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略。

背景技术

基于我国目前计划建设的白鹤滩-江苏特高压混合级联直流输电系统，拟采用送端LCC、受端LCC同三个并联的MMC串联的结构，三个并联MMC可以为逆变站的LCC提供无功功率支撑，在一定程度上降低换相失败的风险，同时LCC换流器电流单向导通的特征也可以阻断直流故障发生时MMC的故障电流，因此具有良好的技术经济优势。

在逆变侧LCC降压或交流侧故障导致逆变侧LCC换相失败的情况下，逆变站并联的MMC 之间会由于控制方式不同的原因产生不平衡电流,严重时甚至会产生过电流损伤设备。采用基于电流不平衡量对功率进行补偿的控制策略，可以有效的抑制多个MMC之间的不平衡电流。

因此，提供一种基于电流不平衡量对功率进行补偿，可以抑制多个MMC之间的不平衡电流，可以显著加快系统的恢复速度，且具有一定的工程应用价值的电流均衡策略显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提出了一种基于电流不平衡量进行功率补偿的电流均衡策略。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于电流不平衡量对功率进行补偿的多MMC间电流均衡策略，其改进之处在于：针对特高压混合级联直流输电系统的多MMC电流进行了均衡，所述系统整流侧采用LCC，逆变侧采用LCC与多个并联MMC串联的结构,所述的MMC的数目是n个；所述的并联的MMC 中，MMC1是定直流电压控制方式，MMCx(x＝2,3,…n)是定有功功率控制方式。

进一步的，所述电流均衡策略中的不平衡电流的求解是以MMC换流站自身额定电流为基准进行标幺化处理；

进一步的，所述不平衡电流按下式求解：

进一步的，所述计算公式求解得到的电流不平衡量为：

进一步的，所述求得的电流不平衡量通过PI测量环节转化对定功率控制MMC功率控制指令的补偿量得到所述均衡控制策略补偿过程；

进一步的，所述的特高压混合级联直流输电系统逆变侧LCC降压或交流侧故障导致逆变侧LCC换相失败的情况下,其逆变侧MMCx直流电流增加时，ΔI_x为正，ΔP也为正，然后通过MMCx站的有功功率参考值减去这部分的功率偏差ΔP进行补偿，从而减小MMCx换流站的直流电流；

进一步的，所述MMC不平衡电流得到补偿，所述MMC换流站故障后功率波动幅度减小，所述系统很快恢复至稳定状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种基于不平衡电流的功率补偿的电流均衡控制策略，适用于特高压混合级联直流输电系统，均衡逆变侧LCC降压运行的情况下多MMC的不平衡电流，减小了MMC 波动幅度和时间，提高了交直流系统运行的稳定性。

2、本发明提供的一种基于不平衡电流的功率补偿的电流均衡控制策略，适用于特高压混合级联直流输电系统，均衡逆交流侧故障导致逆变侧LCC换相失败情况下多MMC的不平衡电流，显著加快了系统的故障恢复时间，提高了交直流系统运行的稳定性。

3、本发明提供的一种基于不平衡电流的功率补偿的电流均衡控制策略，将电流不平衡量通过PI环节转化为了功率不平衡量，简化了运算，避免直流电压波动带来的误差，提高了系统的控制投入的可靠性。

4、本发明提供的一种基于不平衡电流的功率补偿的电流均衡控制策略，适用于均衡特高压混合级联直流输电系统中多MMC不平衡电流，逆变侧MMC的数目根据实际情况设计投入数目，具有一定的灵活性和普适性。

5、本发明提供的一种基于不平衡电流的功率补偿的电流均衡控制策略，减小对设备的损伤和使用寿命的影响，具有经济性和一定的工程价值。

6、本发明提供的一种基于不平衡电流的功率补偿的电流均衡控制策略，从控制方式上改善不平衡电流对系统带来的影响，节约了投入实际工程设备的成本。

7、本发明提供的一种基于不平衡电流的功率补偿的电流均衡控制策略，适用于特高压混合级联直流输电系统，该直流输电系统结构目前计划建设没有投入运行，所述多MMC间不平衡电流问题对实际工程具有一定的参考价值。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于不平衡电流功率补偿的均衡控制策略框图；

图2为本发明实施例中特高压混合级联直流输电系统的拓扑结构；

图3为本发明实施例中换流站的控制系统框图；

图4为本发明实施例中特高压混合级联输电系统逆变侧模型；

图5为本发明实施例中逆变侧LCC电压降低(或跌落)系统特性发展框图；

图6为本发明实施例中LCC__inv降压运行时系统未投入均衡控制策略时的特高压混合级联 直流输电系统的动态特性图；

图7为本发明实施例中LCC__inv降压运行时系统投入均衡控制策略时的特高压混合级联直 流输电系统的动态特性图；

图8为本发明实施例中LCC__inv换相失败时系统未投入均衡控制策略时的特高压混合级联 直流输电系统的故障恢复特性；

图9为本发明实施例中LCC__inv换相失败时系统投入均衡控制策略时的特高压混合级联直 流输电系统的故障恢复特性。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供了一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略，该控制策略由下式确定不平衡电流量：

计算求得的不平衡电流量为：

如图1所示是n＝3时，本发明所述一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略的框图，此时不平衡电流量为

如图2所示，特高压混合级联直流输电系统的拓扑结构(单极结构)，整流侧采用两个12 脉动LCC的串联结构，逆变侧采用LCC串联三个并联MMC的结构，来实现特高压800kV及双极8000MW的传输能力。LCC__rec1、LCC__rec2是整流侧采用的LCC换流器，换流变压器Ts₁₀和Ts₁₁分别为LCC__rec1、LCC__rec2与交流系统联结的换流变压器。LCC__inv是逆变侧LCC换流器，逆变侧三个并联的MMC，分别为MMC1、MMC2和MMC3。换流变压器Ts₂₀是LCC__inv与交流系统之间的换流变压器，联结变压器Ts₂₁、Ts₂₂和Ts₂₃分别为MMC1、MMC2和MMC3 与交流母线之间联结的变压器。

如图3所示是换流站的控制系统框图，整流侧LCC采用定直流电流控制方式，逆变侧LCC 采用定直流电压控制方式，一个MMC(MMC1)同样控制直流电压，而另外两个MMC控制有功功率。

如图4所示是特高压混合机连直流输电系统逆变侧模型其中，U_dc、I_d分别为逆变侧直流电压、直流电流；U_dLCC、U_dMMC分别为逆变侧LCC和MMC两端直流电压，二者的额定值相等，I₁、I₂和I₃分别为流过换流站MMC1、MMC2和MMC3的直流电流。

不平衡电流产生机理和投入均衡控制策略后的系统发展特性：

如图5所示为逆变侧LCC电压降低(或跌落)系统特性发展框图，特高压混合级联直流输电系统中，采用定直流电压控制方式的MMC由于不具备直流电流或者直流功率的控制功能，其直流电流大小将由直流侧的总电流与其余定功率控制方式MMC的直流电流确定。当逆变侧交流侧发生故障使得逆变侧LCC_inv的直流电压大幅度降低甚至由于换相失败降至0时，一方面直流电流快速升高，另一方面定功率控制MMC换流站直流电流降低，最终使得定直流电压控制MMC的直流电流快速上升，由此产生了多个并联的MMC之间电流不平衡现象，严重时甚至会导致过电流。当投入本发明所提供的电流均衡控制策略后，MMC间不平衡电流削减, 多MMC间的电流功率得以均衡，系统特性趋于稳定。

不平衡电流产生的情况主要分为以下两种：

工作状态一：如图6所示，逆变侧LCC_inv的直流电压大幅度降低使得LCC_inv降压运行，当逆变侧LCC_inv在额定值70％工况下降压运行时,如图6(b)，逆变侧直流电流瞬时升高；直流总电流I_d的增加量流入MMC换流器使得并联MMC的直流电压瞬时上升(如图6(a))，采用定有功功率控制的MMC2和MMC3有功功率P₂和P₃在其功率控制系统的调节作用下如图 6(c)稳定在额定值附近，故MMC2和MMC3直流电流I₂和I₃在降压时减小(如图6(d))，由于 MMC1的直流电流I₁是由直流总电流I_d和I₂、I₃决定，所以最终导致MMC1直流电流I₁激增(如图6(d))，其最大值达到1.39p.u.，由此产生了定直流电压控制站MMC1与定功率控制站MMC2和MMC3之间电流的不平衡。

如图7所示，当投入本发明所提出的不平衡电流均衡控制策略，系统将得到的MMC2和 MMC3之间电流不平衡量转化为功率量补偿至MMC2和MMC3的有功功率参考值，减小MMC换流站功率波动幅度,如图7(c)(d)所示，三个MMC站有功功率和直流电流不平衡量减小，大小趋于均衡，其中相比于未投入均衡控制，MMC1直流电流I₁的最大值减小了19.8％，证明在工作状态一下本发明显著有效，其波动幅度范围和时间明显减小，系统可以更加快速地达到稳定状态。

工作状态二：如图8所示，逆变侧LCC_inv的直流电压由于换相失败降至0时，如图8(a) 和(b),逆变侧直流电压跌落，直流电流瞬时升高；直流电流I_d的增加量流入MMC换流器进一步使得并联MMC的直流电压上升(如图8(a))，采用定有功功率控制的MMC2和MMC3有功功率P₂和P₃在其功率控制系统的调节作用下在额定值附近(如图8(c))，因此MMC2和MMC3 直流电流I₂和I₃减小(如图8(d))，由于MMC1的直流电流I₁是由直流总电流I_d和I₂、I₃决定，所以最终导致MMC1直流电流I₁激增(如图8(d))，由此产生了定直流电压控制站MMC1与定功率控制站MMC2和MMC3之间电流的不平衡。如图8所示，MMC换流站间电流的不均衡现象导致故障时MMC换流站电压、电流、功率波动剧烈，故障恢复时间长，极易损伤和影响设备的使用寿命。

当投入本文所设计的不平衡电流均衡控制策略，如图9所示，故障发生后，系统将得到的MMC2和MMC3之间电流不平衡量转化为功率变化量补偿至MMC2和MMC3的有功功率参考值，从而减小MMC换流站功率波动幅度，如图9(c)(d),三个MMC站直流电流不平衡量减小。由图9可知，此时MMC换流站电压、电流、功率，相比于未投入均衡控制策略，投入策略后故障恢复速度显著增快。

本实施例中，是以单极为例进行研究，本发明的均流控制策略对于图2扩展之后的双极系统同样适用。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略，其特征在于：所述均衡控制策略基于电流不平衡量转化成功率补偿量补偿到定功率控制MMC的有功功率外环，均衡多MMC间的不平衡电流和功率，实现系统的快速平稳恢复。

2.如权利要求1所述一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略，其特征在于：所述的特高压混合级联直流输电系统是整流侧采用双12脉动LCC，逆变侧采用LCC与多个并联的MMC串联的混合直流输电系统。

3.如权利要求1所述一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略，其特征在于：所述多MMC间不平衡电流量的产生情况是逆变侧LCC电压大幅度降低运行或者交流侧换相失败时降为0。

4.如权利要求1所述一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略，其特征在于：所述多MMC间电流不平衡量的求解是基于逆变侧各换流站之间的电流关系：

并标幺化处理来计算求得不平衡电流量为：

5.如权利要求4所述一种特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略，其特征在于：所述均衡控制策略在控制级层面上抑制了不平衡电流，均衡了并联的多MMC的电流，减小了电流功率的波动幅度，显著加快了故障恢复时间。

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