CN111566886B - 操作换流站的方法、换流站和hvdc传输系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于操作HVDC传输系统中的换流站(120)的方法，该HVDC传输系统包括具有第一端(112)和第二端(114)的DC传输链路(110)，在第一端处连接该换流站(120)，并且在第二端处连接第二换流站(130)。该方法可以包括：在DC传输链路的第一端处感测DC传输链路的DC电流和DC电压；基于感测到的DC电流和感测到的DC电压来确定第二换流站(130)处是否已经发生相接地故障，以及基于(152)确定已经发生相接地故障而减少由该换流站(120)经由DC传输链路(110)输送至第二换流站(130)的功率。还提供了换流站和HVDC传输系统。

Description

操作换流站的方法、换流站和HVDC传输系统
技术领域
本公开涉及操作高压直流(HVDC)传输系统中的换流站的方法。更一般而言，本公开涉及在经由直流(DC)传输链路连接到HVDC换流站的第二HVDC换流站处的至少相接地故障期间操作这样的换流站的方法。
背景技术
在HVDC传输系统中，在DC传输链路的反相(即，接收)端处使用一个或多个电压源变换器(VSC)可以具有优点。这样的优点可以例如包括在控制方面的更大自由度、避免换向失败的能力、和/或连接到例如无源交流(AC)负载的增强可能性。
然而，在VSC的AC端子处发生相接地故障期间，VSC可能会经受高过电压应力。为了避免这样的过电压应力导致VSC损坏，可以安装另外的保护设备。另外，可能期望将发生这样的故障的情况传送给同一系统中的其他单元或变换器，以便减少(或停止)传输到发生故障的VSC的功率。因为这可能导致HVDC传输系统增加成本和整体复杂性，所以既需要改进的换流站，也需要操作换流站的改进的方法。
发明内容
本公开寻求至少部分地满足以上需求。为了实现这一点，提供了操作换流站的方法、换流站、和HVDC传输系统。
根据本公开的第一方面，提供了一种操作HVDC传输系统中的第一换流站的方法。HVDC传输系统可以包括DC传输链路，该DC传输链路具有第一端和第二端，第一换流站连接在第一端处，并且第二换流站连接在第二端处。该方法可以包括在DC传输链路的第一端处感测DC传输链路的DC电流和DC电压。该方法还可以包括基于感测到的DC电流和感测到的DC电压来确定第二换流站处是否已经发生相接地故障。该方法还可以包括基于确定已经发生相接地故障而减少由第一换流站经由DC传输链路输送至第二换流站的功率。
在常规的HVDC传输系统中，例如通过局部测量第二换流站处的电压和电流而在第二换流站处执行确定在第二换流站处是否已经发生相接地故障。如果确定已经发生相接地故障，则需要将指示该故障的信息传送到第一换流站(位于DC传输链路的整流端处)。然后，首先，在接收到该信息之后，第一换流站可以减少其输送至第二换流站的功率量。在适当的时间传送该信息可能需要转换站之间的快速且可靠的通信通道(诸如无线电网络或互联网线缆)。建立和维护这样的通信通道可能会增加HVDC传输系统的成本，并且通信通道的可靠性可能会影响系统相应地处置相接地故障的能力。
利用本公开的方法，在第一换流站处执行感测DC电压和DC电流以及确定在第二换流站处是否已经发生相接地故障。换言之，可以在第一换流站处本地地执行对(第二换流站处的)相接地故障的发生的检测和(输送至第二换流站的)功率的减少。这可以消除对通信通道的需求，并且可以在减少成本和增加可靠性方面改进HVDC传输系统。换言之，换流站可以以无通信的方式操作。减少或停止从第一换流站输送的功率的更可靠的方式还可以减少对增大第二换流站的尺寸的需求。这可以例如进一步减少系统的成本。
在一些实施例中，确定相接地故障的发生可以包括确定感测到的DC电流是否等于或大于阈值电流值。确定相接地故障的发生还可以包括基于确定感测到的DC电流等于或大于阈值电流值来确定是否已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复。确定相接地故障的发生还可以包括基于确定已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复来确定已经发生相接地故障。
“感测到的DC电压的恢复”可以被定义为感测到的DC电压达到其在相接地故障发生之前或接近发生时的值。确定感测到的DC电流等于或大于阈值电流值可以提供在系统的逆变器侧(即，在第二换流站处)已经发生故障的指示。可以在确定感测到的DC电流等于或大于阈值电流值之后确定感测到的DC电压已至少部分地恢复。确定感测到的DC电压已至少部分地恢复可以确认所指示的故障是相接地故障，并与其他故障区分开，所述其他故障诸如DC母线故障和/或外部AC故障(例如在系统的逆变器侧，即在第二变换器处)。
在一些实施例中，确定感测到的DC电压的至少部分恢复可以包括确定感测到的DC电压是否等于或大于阈值电压值。确定感测到的DC电压的至少部分恢复还可以包括基于确定感测到的DC电压等于或大于阈值电压值而确定已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复。
在一些实施例中，阈值电压值可以是感测到的DC电压在第一时间处的值。在该方法中，还可以至少在第一时间之后的第二时间之前确定感测到的DC电压等于或大于阈值电压值。例如，第一时间可以是相接地故障发生的时间或接近发生的时间，并且阈值电压值可以是感测到的DC电压在相接地故障发生之前或接近于发生的时间处(即，第一时间处)的值。第二时间可以定义等待时段的结束，在该等待时段期间，感测到的DC电压值预计将再次达到(或超过)阈值值，这可以确认或至少指示已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复。
在一些实施例中，第一时间可以处于确定感测到的DC电流等于或大于阈值电流值之时。确定感测到的DC电流等于或大于阈值电流值的时间例如可以被视为在第二换流站处发生潜在的相接地故障的时间。作为备选方案，第一时间可以处于确定感测到的DC电流已经呈现最大电流值之时。感测到的DC电流呈现最大电流值的时间例如可以被视为指示逆变器站处(即，第二换流站处)发生故障(可能是相接地故障)的时间。在一些实施例中，第一时间可以处于确定感测到的DC电流已经呈现最大电流值之时，其条件是感测到的DC电流在已经呈现最大电流值之前已达到或超过了阈值电流值。
在一些实施例中，第二时间与第一时间之间的差可以等于或小于例如在第一换流站的AC侧上(例如，在系统的整流器侧上)的AC频率的约一个周期的时间。第二时间与第一时间之间的差可以例如等于或小于约20毫秒(其可以对应于50Hz的AC频率)，或者等于或小于约16至17毫秒(其可以对应60Hz的AC频率)，以及依此类推。
在一些实施例中，阈值电压值可以被定义为感测到的DC电压在第一时间处的值。
在一些实施例中，确定感测到的DC电压的至少部分恢复可以包括确定感测到的DC电压的时间导数是否等于或大于阈值电压时间导数值。确定感测到的DC电压的至少部分恢复的恢复还可以包括基于确定感测到的DC电压的时间导数等于或大于阈值电压时间导数值而确定已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复。在本文中，“导数值”可以指示感测到的DC电压随时间的变化率。例如，正导数值(其可能超过阈值电压时间导数值)可以指示感测到的DC电压至少暂时性地随时间而增大。感测到的DC电压至少暂时性地随时间而增大进而可以至少指示或确认感测到的DC电压的至少部分恢复。
在一些实施例中，阈值电流值可以与用于控制第一换流站的功率级数成比例。该功率级数也可以本地地可用于第一换流站。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于HVDC传输系统的换流站。HVDC传输系统可以包括DC传输链路。换流站可以可连接到DC传输链路的第一端。换流站可以包括用于在DC传输链路的第一端处感测DC电流的电流传感器。换流站可以包括用于在DC传输链路的第一端处感测DC电压的电压传感器。换流站可以包括控制器。控制器可以被设置成基于感测到的DC电流和感测到的DC电压来确定连接到DC传输链路的第二端的第二换流站处是否已经发生相接地故障。控制器可以被设置成控制换流站以基于确定已经发生相接地故障而减少由换流站经由DC传输链路输送至第二换流站的功率。
第二方面的感测到的DC电流和感测到的DC电压可以分别对应于上文参考根据第一方面的方法描述的感测到的DC电流和感测到的DC电压。同样，关于第一方面的方法描述的其他对应特征和结果也可以应用于根据第二方面描述的换流站的特征和结果。
在一些实施例中，控制器可以被设置成执行根据第一方面描述的任何方法。
在一些实施例中，换流站可以包括以下中的至少一种：线路换向变换器(LCC)、半桥模块化多电平变换器(HB MMC)、和全桥模块化多电平变换器(FB MMC)。
根据本公开的第三方面，提供了一种HVDC传输系统。HVDC传输系统可以包括如上文根据第二方面限定的第一换流站。HVDC传输可以包括第二换流站。HVDC传输系统可以包括DC传输链路。DC传输链路可以连接第一换流站和第二换流站。
在一些实施例中，第二换流站也可以是如上文根据第二方面限定的换流站。
在一些实施例中，第二换流站可以包括HB MMC和FB MMC中的至少一种。
在一些实施例中，第二换流站可以至少包括HB MMC和FB MMC。HB MMC和FB MMC可以串联连接。
在一些实施例中，FB MMC可以比HB MMC更靠近地连接到DC传输链路的DC传输线。DC传输线可以是在其上DC功率从第一换流站输送至第二换流站的线路。
在一些实施例中，第一换流站可以包括LCC。例如，在一些实施例中，第一换流站可以例如包括LCC，并且第二换流站可以包括串联连接的FB MMC和FB MMC，其中，FB MMC比HBMMC更靠近地连接到在其上输送功率的DC传输线。
本公开涉及以上阐述的特征的所有可能组合。根据第一方面描述的对象和特征可以与根据第二方面和/或第三方面描述的对象和特征进行组合或替换，并且反之亦然。
下文将借助于例证实施例来描述本公开的各种实施例的其他目的和优点。
附图说明
下文将参考附图描述例证实施例，在附图中：
图1示意性地图示了HVDC传输系统；
图2a和2b示意性地图示了根据本公开的方法的实施例的流程图；
图3a至3d示意性地图示了在各种故障期间感测到的DC电流和DC电压的值；
图4示意性地图示了根据本公开的换流站的实施例；
图5示意性地图示了根据本公开的HVDC传输系统的实施例；以及
图6示意性地图示了根据本公开的HVDC传输系统的实施例。
在附图中，除非另有说明，否则相似的参考标号将用于相似的元素。除非有相反的明确说明，否则附图仅示出了图示示例实施例所必需的元素，而为了清楚起见，其他元素可以被省略或仅被暗示。如各图中图示的，为了图示的目的可以放大元素和区域的尺寸，并且因此，这些元素和区域被提供以图示实施例的大致结构。
具体实施方式
参考图1，接下来描述HVDC传输系统。
图1图示了HVDC传输系统100。HVDC传输系统100包括DC传输链路110，该DC传输链路110具有第一端112和第二端114。第一换流站120在第一端112处连接到DC传输链路110，并且第二换流站130在第二端114处连接到DC传输链路110。DC传输链路110可以例如包括DC电流可以在其中流动的一条或多条DC(传输)线。
第一换流站120包括HVDC变换器122，该HVDC变换器122经由变压器124连接到AC电网140。变压器124可以是第一换流站120的一部分。可以设想，第一换流站120可以包含一个以上的HVDC变换器122，并且还可以设想，可以存在一个以上的变压器124，以便将第一换流站120连接到AC电网140。在HVDC传输系统100中，可以设想第一换流站120用作整流器，使得从AC电网140接收AC功率，并且通过该一个(或多个)HVDC变换器122将AC功率转换为DC功率。
第二换流站130包括HVDC变换器132，该HVDC变换器132经由变压器134连接到AC电网142。变压器134可以是第二换流站130的一部分。共同地，HVDC传输系统100可以操作为在AC电网140和AC电网142之间传送功率。功率可以例如从AC电网140传送到AC电网142，并且传送到连接到AC电网142的AC负载144。
如图1中图示的，HVDC传输系统100在每一侧包括单个HVDC变换器。然而，可以设想可以在每一侧中的至少一侧上包括一个以上的HVDC变换器。还可以设想，可以使用不同类型的HVDC变换器。HVDC变换器的示例可以包括例如电流源变换器(CSC)(诸如LCC)、或电压源变换器(VSC)(诸如HB MMC和FB MMC)。
如图1中图示的，HVDC传输系统100以单极配置来布置，其中功率通过地面/地球返回。还可以设想，HVDC传输系统100可以替代地被布置成使得功率通过DC传输线返回，和/或HVDC传输系统100例如以双极配置来布置，该双极配置使用一个以上的DC传输线，该一个以上的DC传输线各自具有相对于地面的高电势。可以设想，这样的多条DC传输线形成DC传输链路(诸如DC传输链路110)的一部分。
在HVDC传输系统100的操作期间，可能发生一个或多个故障。这样的故障的示例包括DC母线故障150，其中在DC传输链路110的线与地面/地球之间产生了例如短接(shortcut)，如折线箭头150所示。如果例如在相线与地面/地球之间产生了短接，则可能会发生另一种故障，即相接地故障152，如折线箭头152所示。相接地故障152可能会发生在HVDC变换器132与变压器134之间，并且是在第二换流站130的内部。相接地故障152可以发生在单个相与地面/地球之间，或者甚至在多个相与地面/地球之间。在一些情况下，相接地故障152可以例如发生在变压器134与连接到HVDC变换器132的一个或多个相电抗器之间的位置处。在一些情况下，相接地故障152可以例如发生在HVDC变换器132与这样的相电抗器中的一个或多个之间的位置处。另一种类型的故障可以是AC线与AC母线侧的或者至少在变压器134之后的地面/地球之间的外部AC故障154，如折线箭头154所示。
如稍后将更详细地描述的，HVDC变换器132可以包括串联连接的FB MMC和HB MMC，其中FB MMC比HB MMC更靠近地连接到DC传输线，功率在所述DC传输线中输送至第二换流站130。当(或如果)发生内部相接地故障152时，可能会发生高单元电压和高阀电流，这可能会由于将单元电容器电压过充电至额定极限以上而导致损坏。由于串联连接，FB MMC可能会例如经受其额定臂电压的至少两倍(2pu)。为了减少过充电的影响，最终将对例如FB MMC中的电容器充电的DC电流需要减少到零(或接近零)。在本文中，VSC可以在VSC的每个臂中包括串联连接的多个变换器单元。单元可以包括例如开关(例如，绝缘栅双极晶体管)的半桥或全桥配置和至少一个DC单元电容。
现在将参考附图在后文中更全面地描述本公开的例证实施例。附图示出了当前优选的实施例，但是本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了透彻和完整性，并且将本公开的范围完全传达给本领域的技术人员。
参考图2a和2b，接下来描述操作HVDC传输系统(诸如，如图1所示的HVDC传输系统100)中的换流站的方法的各种实施例。
图2a图示了操作HVDC传输系统100中的换流站130的方法200的流程图。在步骤S210中，在DC传输链路100的第一端112处感测DC电流和DC电压。然后将感测到的DC电流(i_dc)和感测到的DC电压(u_dc)传递至步骤S220，在步骤S220中，基于感测到的DC电流和感测到的DC电压来确定在第二换流站130处是否已经发生相接地故障152。如果在步骤S220中确定已经发生相接地故障152(结果201)，则该方法可以进行到步骤S230，在步骤S230中，减少第一换流站120(经由DC传输链路110)输送至第二换流站130的功率。
如果在步骤S220中确定没有发生相接地故障152(结果202)，则方法200可以例如通过再次返回到步骤S210而继续。如果到达了步骤S230，并且功率被减少，则方法200可以例如停止、返回到步骤S210、或继续至一个或多个其他步骤(图2a中未示出)。
图2b更详细地图示了方法200的一个实施例中的步骤S220。在子步骤S222中，接收感测到的DC电流(i_dc)，并将感测到的DC电流(i_dc)与阈值电流值(i_dc_th)进行比较。如果确定感测到的DC电流等于或大于阈值电流值(i_dc≥i_dc_th)，则步骤S220可以进行到子步骤S224。在子步骤S224中，接收感测到的DC电压(u_dc)，并且基于感测到的DC电压来确定是否已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复。如果在子步骤S224中确定已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复，则步骤S220可以以结果201退出。以结果201退出可以对应于确定已经发生相接地故障。
如果在子步骤S224中确定没有发生感测到的DC电压的至少部分恢复，则步骤S220可以例如以结果202退出。同样，如果在子步骤S222中确定感测到的DC电流低于阈值电流值(i_dc<i_dc_th)，则步骤S220可以以结果202退出。以结果202退出可以对应于确定没有发生相接地故障。
在方法200的一个实施例中，确定感测到的DC电压的至少部分恢复(如在例如子步骤S224中执行的那样)可以包括将感测到的DC电压(u_dc)与阈值电压值(u_dc_th)进行比较。如果感测到的DC电压等于或大于阈值电压值(u_dc≥u_dc_th)，则可以确定已经发生感测到的DC电压的至少部分恢复。如果感测到的DC电压低于阈值电压值，则可以确定没有(尚未)发生感测到的DC电压的至少部分恢复。在方法200的一些实施例中，如果确定了感测到的DC电压尚未恢复，则可以在有限的时间段期间再次检查感测到的DC电压。如果在有限的时间段过去之后感测到的DC电压例如仍未达到或超过阈值电压值，则可以确定没有发生感测到的DC电压的至少部分恢复。这可以指示不存在相接地故障。
参考图3a和3b，现在将更详细地描述相接地故障期间的方法200的示例实施例。
图3a示意性地图示了在第二换流站处发生的相接地故障期间和之前作为时间t的函数且如在第一换流站处感测到的DC电流(i_dc，实线310)和DC电压(u_dc，虚线320)的时间值的绘图300。纵轴上的单位可以例如对应于使用每单位系统定义的单位(pu)，其中，电流以所定义的基本电流的分数给出，并且电压以所定义的基本电压的分数给出。
在相接地故障发生之前，感测到的DC电流310和感测到的DC电压320随时间近似恒定。当发生相接地故障时，感测到的DC电流310开始增大并在时间t_1处呈现最大电流值。在时间t_1处，记录感测到的DC电压320的值并且取该值作为阈值电压值(u_dc_th)。在一些实施例中，时间t_1可以被不同地定义，例如被定义为当感测到的DC电流310已上升到或高于预定义的阈值电流值(图3a中未示出)之时。
然后，该方法可以预计感测到的DC电压320在时间t_1之后发生的时间t_2之前恢复或至少部分地恢复。时间t_2可以例如被选择为时间t_1之后的几十毫秒。如从图3a可以看到的，感测到的DC电压320在时间t_2之前发生的时间t_f处返回到阈值电压值。因此，在时间t_f处，该方法确定已经发生感测到的DC电压320的至少部分恢复并且减少从第一换流站输送至第二换流站的功率。DC电流310减少到零，并且可以避免对第二换流站中的例如电容器的潜在危险过充电。由于该方法可以完全依赖于在第一换流站处本地可获取的参数，诸如感测到的DC电流310和感测到的DC电压320，因此不需要第一换流站与第二换流站之间的通信通道。如本文先前描述的，这可以增加HVDC传输系统的可靠性，并且还减少其复杂性和成本。
类似于图3a，图3b示意性地图示了在第二换流站处发生的相接地故障期间和之前作为时间t的函数且如在第一换流站处感测到的DC电流(i_dc，实线311)和DC电压(u_dc，虚线321)的时间值的绘图301。
在相接地故障发生之前，感测到的DC电流311和感测到的DC电压321随时间近似恒定。当发生相接地故障时，感测到的DC电流311开始增大，并在时间t_1处达到阈值电流值(i_dc_th)。阈值电流值是预定义的值，并且对应于例如1.05pu。一个“pu”(关于电流)例如可以被定义为当DC电流311等于DC电流级数(即，预计在特定时间处输送至换流站的电流量)之时。因此，在本示例中，感测到的1.05pu的电流值可以指示电流相对于其预计值增加了5％。
感测到的DC电流311达到阈值电流值的时间t_1被取为已经发生可能的故障的指示。该方法然后“等待”直到稍后的时间t_2，并且预计在时间t_2之前发生感测到的DC电压321的至少部分恢复。与参考图3a描述的方法的实施例相比，在参考图3b描述的方法的实施例中，阈值电压值被定义为1.1pu(即，其中感测到的DC电压321上升到高于DC电压级数的10％)。如在图3b中可以看到的，这发生在时间t_f处。在时间t_f处，确定已经发生感测到的DC电压321的至少部分恢复，并且第一换流站被指示减少(经由HVDC传输链路)输送至第二换流站的功率。当然，可以设想使用除1.1pu之外的其他阈值电压值，诸如例如0.9pu。
在方法200的一些实施例中，代替等待感测到的DC电压达到或超过特定阈值电压值或者除了等待感测到的DC电压达到或超过特定阈值电压值之外，方法200可以预计感测到的DC电压开始以特定的速率增大。这种以特定的速率的增大可以指示感测到的DC电压的至少部分恢复已经开始。“特定的增大速率”可以对应于例如感测到的DC电压的时间导数等于或大于阈值电压时间导数值。可以例如通过计算两个感测到的DC电压值之间的电压随时间的变化(或差)并且例如通过将该差除以获得这两个感测到的DC电压值的时间之间的时间差来获得感测到的DC电压的时间导数。也可以设想获得时间导数(或“变化率”)的其他方法。阈值电压时间导数值可以例如对应于0.02pu，和/或被计算为与供应至第一换流站的除以第一换流站的额定功率的功率级数成比例。在一些实施例中，阈值电压时间导数值可以是例如零，使得要求感测到的DC电压正在增大。使用感测到的DC电压的时间导数可以允许更准确和/或更快速地检测相接地故障，并且还可以允许将这种相接地故障与例如DC母线故障和/或外部AC故障区分。当然，可以设想使用不同于0.02pu的其他阈值电压时间导数值。
同样，在方法200的一些实施例中，代替在指示潜在故障之前等待感测到的DC电流达到或超过特定阈值电流值或者除了在指示潜在故障之前等待感测到的DC电流达到或超过特定阈值电流值之外，方法200可以预计感测到的DC电流开始以特定的速度增长。可以如上文针对感测到的DC电压描述的那样但是替代地可以使用两个或更多个感测到的DC电流值并将计算出的电流时间导数与阈值电流时间导数值进行比较来获得感测到的DC电流的该“增长速度”或时间导数。使用感测到的DC电压的时间导数可以允许更准确和/或更快速地检测相接地故障，并且还可以允许将这种相接地故障与例如DC母线故障和/或外部AC故障区分。
参考图3c和3d，现在将更详细地描述当经历除相接地故障以外的其他故障时的方法200。
图3c示意性地图示了在第二换流站处发生的外部AC故障期间和之前作为时间t的函数且如在第一换流站处感测到的DC电流(i_dc，实线312)和DC电压(u_dc，虚线322)的时间值的绘图302。
在外部AC故障发生之前，感测到的DC电流312和感测到的DC电压322随时间近似恒定。当发生外部AC故障时，感测到的DC电压322开始升高，而感测到的DC电流312开始下降。由于感测到的DC电流312没有增大，因此方法200可以区分这样的外部AC故障。
图3d示意性地图示了在HVDC传输链路处发生的DC母线故障期间和之前作为时间t的函数且如在第一换流站处感测到的DC电流(i_dc，实线313)和DC电压(u_dc，虚线323)的时间值的绘图303。
在DC母线故障发生之前，感测到的DC电流313和感测到的DC电压323近似恒定。当发生DC母线故障时，感测到的DC电流313开始升高，而感测到的DC电压323开始下降。即使感测到的DC电流313可能超过阈值电流值，也不会有感测到的DC电压323的恢复。替代地，感测到的DC电压323接近零，并且方法200也可以区分这种DC母线故障。
如参考图3a至3d示出的，根据本公开的方法200可以以无通信的方式(即，不需要通信通道)而允许在第一换流站处本地正确地确定第二换流站处发生相接地故障。方法200还可以正确地区分这种相接地故障与例如外部AC故障和DC母线故障。当确定在第二换流站处已经发生相接地故障时，该方法可以相应地减少从第一换流站输送至第二换流站的功率，使得避免例如对第二换流站中的单元电容器的过充电。
在方法200的一些实施例中，可以备选地在使用感测到的DC电流值和DC电压值之前对感测到的DC电流值和DC电压值进行过滤。使用经过滤的值可以例如帮助避免由于例如噪声而错误地确定相接地故障的发生。
参考图4，现在将更详细地描述根据本公开的换流站的实施例。
图4示意性地图示了换流站400。换流站400可以被包括在包括DC传输链路410的HVDC传输系统中。换流站400可连接到DC传输链路410的第一端412。换流站400还可连接到AC电网414，使得换流站400可以操作为在AC电网414和DC传输链路410之间转换功率。在DC传输链路410的另一端处，第二换流站(在该图中未示出)可以被连接为从换流站400接收功率、将接收到的功率转换回AC功率、并且将AC功率输送至第二AC电网(未示出)。换流站400、DC传输链路410以及第二换流站可以形成HVDC传输系统的一部分。
换流站400包括至少一个HVDC功率变换器420，该至少一个HVDC功率变换器420执行AC和DC功率之间的转换。换流站400通过变压器装置422而连接到AC电网414。变压器装置422可以是换流站400的一部分，但是也可以被认为是单独的部分。
换流站400包括电流传感器430和电压传感器432。电流传感器430被设置成在DC传输链路410的第一端412处或靠近该第一端412处感测DC电流。此处，“靠近”意指感测到的值是对换流站400本地感测到的，而不是例如沿着DC传输链路410较远处或者在连接到DC传输链路410的另一换流站处感测到的。换言之，可以在换流站可访问(即，不需要单独的通信通道)的位置处测量电流和电压(并且传感器可以位于这样的位置处)。关于电流和电压的感测，DC传输链路的单词“端”在本文中不被定义为DC传输链路的最末端，而是被定义为HVDC传输系统的一侧。
同样，电压传感器432被设置成在DC传输链路410的第一端412处或靠近该第一端412处感测DC电压。尽管被图示为单独的组件/对象，但是可以设想，电流传感器430和电压传感器432可以形成同一组件的一部分。
换流站400还包括控制器440，该控制器440分别从电流传感器430和电压传感器432接收感测到的DC电流和感测到的DC电压。感测到的值可以例如使用导线或通过一个或多个无线链路而被传送给控制器440。为了清楚起见应当反复说明的是，值的这种传送仍然被认为是对于换流站400是本地的，并且传感器430和432可以例如位于与例如HVDC变换器420相同的构造/外壳内或类似位置。换言之，换流站400与第二换流站之间的距离显著大于例如传感器430和432中的每个传感器与例如HVDC变换器420之间的距离。
换流站400被设置成基于感测到的DC电流和感测到的DC电压来确定连接到DC传输链路的第二端的第二换流站处是否已经发生相接地故障(如上文参考图3a至3d描述的那样)。换流站400还被设置成：如果检测到/确定已经发生相接地故障，则控制换流站400以减少由换流站400经由DC传输链路410输送至第二换流站的功率。这可以例如通过控制器440向HVDC变换器420提供一个或多个控制信号来实现。如果HVDC变换器是电流源变换器(诸如LCC)，则控制器440可以例如通过向HVDC变换器420提供经调整(增大)的触发角(firingangle)来减少所输送的功率。触发角可以被定义为这样的LCC延迟/提前其相应晶闸管的打开的时间。
在一些实施例中，控制器440还可以被设置成执行方法200，其中在本文中先前已描述了方法200的各种实施例。
HVDC变换器420可以例如是LCC、HB MMC或FB MMC。换流站400可以包括一个以上的HVDC变换器，并且也可以包括一种以上类型的HVDC变换器，并且确切的数量和类型可以取决于换流站400处的需求(在所输送的功率、可用电压等方面)进行调节。
参考图5和图6，现在将更详细地描述根据本公开的HVDC传输系统的实施例。
图5示意性地图示了HVDC传输系统500的实施例。HVDC传输系统500包括HVDC传输链路510(其可以是例如HVDC功率线)、第一换流站520和第二换流站550。至少第一换流站520是如本文先前描述的换流站，例如参考图4描述的换流站400。HVDC传输链路510连接第一换流站520和第二换流站550。HVDC传输系统500还可以连接至AC电网560和562，使得AC电网560上的AC功率可以由第一换流站520转换为DC功率、经由DC传输链路510输送至第二换流站550、并且然后由第二换流站550转换回AC功率并在AC电网562上输出。
第一换流站520连接在DC传输链路510的第一端512处，并且第一换流站520包括用于在DC传输链路510在第一端512处感测DC电流的电流传感器530。第一换流站520还包括用于在第一端512处感测DC传输链路510的DC电压的电压传感器532。第一换流站520还包括控制器540，该控制器540被设置成基于感测到的DC电流和感测到的DC电压来确定第二换流站550处的相接地故障的发生并且如果确定已经发生这样的相接地故障，则减少由第一换流站520输送的功率。对于第一换流站520的运转的更多细节，参考本文先前描述的方法200和换流站400的各种实施例。
图6示意性地图示了HVDC传输系统600的实施例。HVDC传输系统600以双极配置来设置，并且包括HVDC传输链路，该HVDC传输链路包括第一DC传输线610和第二DC传输线611。HVDC传输系统600包括第一换流站620和第二换流站650。换流站620和650经由第一DC传输线610和第二DC传输线612彼此连接。
第一换流站620包括串联连接的多个电流源变换器(CSC)622。CSC 622可以例如是LCC。在图6中图示的示例中，两个CSC被串联连接在地面/地球与每个极(例如，第一DC传输线610和第二DC传输线611中的每一个)之间。如先前描述的，第一换流站620还包括电流传感器630、电压传感器632和控制器640。电流传感器630、电压传感器632和控制器640的功能性与本文先前参考图4描述的相同。当确定了在第二换流站650处已经发生相接地故障时，控制器640可以控制CSC 622以减少从第一换流站620输送至第二换流站650的功率，即，通过减少第一和第二DC传输链路610和611上的DC电流，而无需第一换流站620与第二换流站650之间的任何通信通道。控制器640可以控制所有的CSC 622。还可以设想，第二控制器(未示出)、第二电流传感器(未示出)和第二电压传感器(未示出)用于控制例如连接到DC传输线611的CSC。这样的第二电流传感器和第二电压传感器可以例如感测第二DC传输线611处的电流和电压。
第二换流站650可以包括呈不同配置的多个电压源变换器(VSC)。在地面/地球与第一DC传输线610和第二DC传输线611中的每一个之间，可以串联链接HB MMC 654和FB MMC652的混合体。在图6中图示的示例中，一个FB MMC 652和一个HB MMC654连接在地面/地球与第一DC传输线610和第二DC传输线611中的每一个之间，但是还可以设想，可以使用并串联连接一个以上的每种类型的VSC。
在(混合)HVDC传输系统600中，两个VSC 652和654的串联连接可以允许实现超HVDC。在HVDC传输系统600的接收(反相)端处使用VSC可以减少换向失败问题，例如，如果在系统的两端都使用LCC，则可能会发生的换向失败问题。由于串联连接，在第二换流站650处的相接地故障期间，最靠近第二换流站650处的相应的第一DC传输线610和第二DC传输线611的VSC 652可能经受非常高的电压应力。因此，本公开的方法200和换流站400可以适合于检测混合HVDC传输系统600中的这种相接地故障并对其采取行动。
本领域技术人员可认识到，本公开决不限于上述实施例。相反，在所附权利要求的范围内许多修改和变形是可能的。
虽然上文以特定组合描述了特征和元素，但是每个特征或元素可以在没有其他特征和元素的情况下单独使用、或者在具有或不具有其他特征和元素的情况下以各种组合来使用。
另外，通过研究附图，公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中阐述某些特征的仅该事实并不表示不能使用这些特征的组合以得到优势。

Claims (16)

1.一种操作高压直流HVDC传输系统中的第一换流站的方法，所述HVDC传输系统包括具有第一端和第二端的直流DC传输链路，所述第一换流站连接在所述第一端处，并且第二换流站连接在所述第二端处，所述方法包括：
在所述DC传输链路的所述第一端处感测所述DC传输链路的DC电流和DC电压；
基于感测到的所述DC电流和感测到的所述DC电压来确定在所述第二换流站处是否已经发生相接地故障，以及
基于确定已经发生所述相接地故障而减少由所述第一换流站经由所述DC传输链路输送至所述第二换流站的功率；
其中，确定发生所述相接地故障包括：
确定感测到的所述DC电流是否等于或大于阈值电流值；
基于确定感测到的所述DC电流等于或大于所述阈值电流值来确定是否已经发生感测到的所述DC电压的至少部分恢复，以及
基于确定已经发生感测到的所述DC电压的所述至少部分恢复而确定已经发生所述相接地故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定感测到的所述DC电压的所述至少部分恢复包括：
确定感测到的所述DC电压是否等于或大于阈值电压值，以及
基于确定感测到的所述DC电压等于或大于所述阈值电压值而确定已经发生感测到的所述DC电压的所述至少部分恢复。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阈值电压值是感测到的所述DC电压在第一时间处的值，并且其中，至少在所述第一时间之后的第二时间之前确定感测到的所述DC电压等于或大于阈值电压值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一时间处于确定感测到的所述DC电流等于或大于所述阈值电流值之时，或者其中，所述第一时间处于确定感测到的所述DC电流已经呈现最大电流值之时。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二时间与所述第一时间之间的差等于或小于AC频率的一个周期时间。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的方法，其中，所述阈值电压值被定义为感测到的所述DC电压在第一时间处的值。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，确定感测到的所述DC电压的所述至少部分恢复包括：
确定感测到的所述DC电压的时间导数是否等于或大于阈值电压时间导数值，以及
基于确定感测到的所述DC电压的所述时间导数等于或大于所述阈值电压时间导数值而确定已经发生感测到的所述DC电压的所述至少部分恢复。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述阈值电流值与用于控制所述第一换流站的功率级数成比例。
9.一种用于高压直流HVDC传输系统的换流站，所述HVDC传输系统包括直流DC传输链路，其中，所述换流站能够连接到所述DC传输链路的第一端并且包括：
电流传感器，所述电流传感器用于在所述DC传输链路的所述第一端处感测DC电流；
电压传感器，所述电压传感器用于在所述DC传输链路的所述第一端处感测DC电压，以及
控制器，所述控制器被设置成：
基于感测到的所述DC电流和感测到的所述DC电压通过以下步骤来确定在与所述DC传输链路的第二端连接的第二换流站处是否已经发生相接地故障：
确定感测到的所述DC电流是否等于或大于阈值电流值；
基于确定感测到的所述DC电流等于或大于所述阈值电流值来确定是否已经发生感测到的所述DC电压的至少部分恢复，以及
基于确定已经发生感测到的所述DC电压的所述至少部分恢复而确定已经发生所述相接地故障；以及
控制所述换流站以基于确定已经发生所述相接地故障而减少由所述换流站经由所述DC传输链路输送至所述第二换流站的功率。
10.根据权利要求9所述的换流站，其中，所述控制器进一步被设置成执行根据权利要求2至8中的任一项所述的方法。
11.根据权利要求9或10所述的换流站，其中，所述换流站包括以下变换器中的至少一种：线路换向变换器LCC、半桥模块化多电平变换器HB MMC、以及全桥模块化多电平变换器FB MMC。
12.一种HVDC传输系统，包括：根据权利要求9至11中的任一项所述的第一换流站；第二换流站；以及连接所述第一换流站和所述第二换流站的DC传输链路。
13.根据权利要求12所述的HVDC传输系统，其中，所述第二换流站包括半桥模块化多电平变换器HB MMC和全桥模块化多电平变换器FB MMC中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的HVDC传输系统，其中，所述第二换流站至少包括串联连接的HB MMC和FB MMC。
15.根据权利要求14所述的HVDC传输系统，其中，所述FB MMC比所述HB MMC更靠近地连接到所述DC传输链路的DC线，功率在所述DC线上被从所述第一换流站输送至所述第二换流站。
16.根据权利要求12至15中的任一项所述的HVDC传输系统，其中，所述第一换流站包括线路换向变换器LCC。
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