CN111600324B - 一种混合级联直流输电系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混合级联直流输电系统控制方法，所述方法用于混合级联直流输电系统，所述混合级联直流输电系统包括整流换流站和逆变换流站，所述逆变换流站包括至少一组混合直流换流器，所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器和电压源型换流器，所述控制方法包括：在检测到直流站间通信故障时，将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，同时调整整流换流站输送的直流功率；或者在检测到直流站间通信故障时，对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅。本发明能够有效解决混合级联直流输电系统在站间通信故障时不能有效处理直流故障的问题，防止逆变站的设备由于过压过流而损坏，更好的保护设备安全。
Description
技术领域
本发明属于直流输电领域，特别涉及一种混合级联直流输电系统控制方法。
背景技术
高压直流输电系统可分为两种类型：基于晶闸管技术的常规直流输电系统(LCC-HVDC)和基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)。其中，常规直流输电系统(LCC-HVDC)成本低、损耗小、运行技术成熟，目前，世界上正在运行的直流输电系统几乎都是LCC-HVDC系统，但常规直流输电系统(LCC-HVDC)存在逆变侧容易发生换相失败、对交流系统的依赖性强、吸收大量无功、换流站占地面积大等缺点。而新一代的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)则能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在逆变侧换相失败问题等优点，但其存在成本高昂、损耗较大等缺陷。
因此结合常规直流输电和柔性直流输电的混合直流输电系统将具有很好的工程应用前景。目前混合直流输电系统的拓扑结构主要有如图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统。这两种系统结合了常规直流输电损耗小、运行技术成熟以及柔性直流输电可以向无源网络供电、不会发生换相失败的优点。
但图1和图2中的混合直流输电系统，当逆变侧电压源型换流器所连接的交流电网发生故障时，直流系统的有功功率不能输出到交流侧，而处于整流状态的电流源型换流器仍然按照既定的功率参考值向直流系统输送功率，此时直流侧电压将会由于能量不断的积累而快速增加，最终将危及直流设备安全。
在站间通信正常时，可以通过快速的降低整流站输送的功率来避免直流过电压，或者通过DC chopper等直流耗能装置来保持直流侧的电压在可控范围内，不至于过高危及直流设备安全。但是当站间通信均失去后，整流站并不能迅速的知道逆变站发生了故障而立即采取措施降低输送的功率，因此可能会导致受端换流站严重过电压甚至损坏直流设备。在站间通信失去时，由于整流站输送的直流功率无法快速调整，DC chopper等直流耗能装置也存在过载损坏的风险。
发明内容
本发明的目的是：提供一种混合级联直流输电系统控制方法，解决混合级联直流输电系统站间通信故障时，不能有效处理直流故障的问题，防止逆变站的设备由于过压过流而损坏，更好的保护设备安全。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种混合级联直流输电系统控制方法，所述混合级联直流输电系统包括整流换流站和逆变换流站，所述逆变换流站包括至少一组混合直流换流器，所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器和电压源型换流器，所述电流源型换流器包括晶闸管换流器，所述电压源型换流器包括模块化多电平换流器，所述控制方法包括：在检测到直流站间通信故障时，将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，同时调整整流换流站输送的直流功率；或者在检测到直流站间通信故障时，对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅。
优选地，所述直流站间通信故障包括：所有整流站的换流器与所有逆变站的换流器失去通信，或者部分逆变站的换流器与所有整流站的换流器失去通信，或者部分整流站的换流器与所有逆变站的换流器失去通信，或者部分整流站的换流器与部分逆变站的换流器失去通信。
优选地，所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关，待换流变压器的进线开关跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关，或者待换流变压器的进线开关跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
优选地，所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其直流端口所连接的开关，待直流端口所连接的开关跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关，或者待直流端口所连接的开关跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
优选地，所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关，待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关，或者待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
优选地，所述直流端口所连接的开关是指电压源型换流器正极所连接的开关或刀闸，或者电压源型换流器负极所连接的开关或刀闸，或者电压源型换流器正极和负极所连接的开关或刀闸。
优选地，将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离的命令由逆变换流站发起。
优选地，双极混合级联直流输电系统中，控制极优先将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，非控制极等待一定时间后将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，或者非控制极优先将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，控制极等待一定时间后将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，或者控制极和非控制极同时将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离。
优选地，所述调整整流换流站输送的直流功率是指依据运行方式的改变对整流换流站的直流功率参考值或直流电流参考值进行限幅。
优选地，所述对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅是指：以直流功率限制值Pdlim作为上限对混合级联直流输电系统整流换流站的直流功率参考值进行限幅，所述直流功率限制值Pdlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流功率。
或者所述对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅是指：以直流电流限制值Idlim作为上限对混合级联直流输电系统整流换流站的直流电流参考值进行限幅，所述直流电流限制值Idlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流电流。
本发明的有益效果：
1)本发明能够有效解决混合级联直流输电系统站间通信故障时，不能有效处理直流故障的问题，防止逆变站的设备由于过压过流而损坏，更好的保护设备安全。
2)本发明能够有效解决混合级联直流输电系统由于站间通信故障而不能正常运行的问题，有效提高直流利用率。
附图说明
图1是对称单极接线的混合两端直流输电系统示意图；
图2是对称双极接线的混合两端直流输电系统示意图；
图3为本发明的混合级联直流输电系统控制方法示意图一；
图4为本发明的混合级联直流输电系统控制方法示意图二；
图5是整流站由两个晶闸管换流器串联，逆变站为3个模块化多电平换流器并联后通过直流输电线路与一个晶闸管换流器串联组成的混合级联多端直流输电系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。其中，相同的组件使用相同的附图标记。
附图3所示为本发明的混合级联直流输电系统控制方法的一个具体实施例，附图4所示为本发明的混合级联直流输电系统控制方法的另一个具体实施例，所述方法应用于如图5所示的混合级联直流输电系统。所述混合级联直流输电系统包括整流换流站和逆变换流站，所述逆变换流站包括至少一组混合直流换流器，所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器和电压源型换流器，所述电流源型换流器包括晶闸管换流器，所述电压源型换流器包括模块化多电平换流器，所述控制方法包括：在检测到直流站间通信故障时，将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，同时调整整流换流站输送的直流功率；或者在检测到直流站间通信故障时，对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅。
具体的，所述直流站间通信故障是指所有整流站的换流器与所有逆变站的换流器失去通信，或者部分逆变站的换流器与所有整流站的换流器失去通信，或者部分整流站的换流器与所有逆变站的换流器失去通信，或者部分整流站的换流器与部分逆变站的换流器失去通信。
一些实施例中，混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关，待换流变压器的进线开关跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关。
一些实施例中，混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关，待换流变压器的进线开关跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
一些实施例中，混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其直流端口所连接的开关，待直流端口所连接的开关跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关。
一些实施例中，混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其直流端口所连接的开关，待直流端口所连接的开关跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
一些实施例中，混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关，待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关。
一些实施例中，混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关，待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
一些实施例中，直流端口所连接的开关是指电压源型换流器正极所连接的开关或刀闸，或者电压源型换流器负极所连接的开关或刀闸，或者电压源型换流器正极和负极所连接的开关或刀闸。
一些实施例中，将混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离的命令由逆变换流站发起。
一些实施例中，双极混合级联直流输电系统中，控制极优先将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，非控制极等待一定时间后将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，或者非控制极优先将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，控制极等待一定时间后将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，或者控制极和非控制极同时将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离。
一些实施例中，所述调整整流换流站输送的直流功率是指：依据运行方式的改变对整流换流站的直流功率参考值或直流电流参考值进行限幅。
一些实施例中，对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅是指：以直流功率限制值Pdlim作为上限对混合级联直流输电系统整流换流站的直流功率参考值进行限幅，所述直流功率限制值Pdlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流功率。
或者对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅是指：以直流电流限制值Idlim作为上限对混合级联直流输电系统整流换流站的直流电流参考值进行限幅，所述直流电流限制值Idlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流电流。
下面以附图5为例对本发明所述混合级联直流输电系统控制方法进行具体阐述。
如图5所示，混合级联直流输电系统包括：整流换流站和逆变换流站，两者通过两条直流输电线路相连，其中：整流换流站用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路传送给逆变换流站，送端交流电网进站的母线上可连接有无源滤波器，也可能没有,需根据系统工程条件来确定,当送端由晶闸管换流器组成时，一般需要装设无源滤波器，有时还需要装设无功补偿电容器。图5中整流换流站由两组晶闸管换流器单元串联组成，其串联节点连接接地极，串联后的正负两端均通过平波电抗器与直流输电线路相连接；同时在直流线路与大地之间装设有直流滤波器。
晶闸管换流器单元采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成，晶闸管换流器采用定直流功率控制策略控制。晶闸管换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组变压器与送端交流电网连接。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。
逆变换流站用于将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网，其由四个换流站构成，包括站2，站3，站4和站5，站2与站3，站4，站5串联连接，站3，站4与站5并联连接。站2由两组晶闸管换流器组成，晶闸管换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组变压器与受端交流电网连接，晶闸管换流器采用定直流电压控制。站3，站4，站5每站均由两组电压源型换流器串联组成，其串联节点连接接地极，电压源型换流器通过一台接线方式为Y0/Δ的双绕组变压器与受端交流电网连接，其中站3的电压源型换流器采用定直流电压和定无功功率控制策略控制，站4的电压源型换流器采用定交流侧有功功率和定无功功率控制策略控制，站5的电压源型换流器采用定交流侧有功功率和定无功功率控制策略控制。其中，电压源型换流器采用模块化多电平换流器，定交流侧有功功率控制模式的换流器采用电流矢量控制，其有功电流参考值和无功电流参考值由给定的有功功率参考值和无功功率参考值经过比例积分控制器调制后得到。
当检测到图5所示的双极混合级联直流输电系统极1与极2的站间通信均故障时，在检测到直流站间通信故障时，逆变换流站非控制极2优先发起命令将站3，站4，站5的极2的电压源型换流器闭锁，并且发令跳开其所连接的换流变压器的进线开关和直流端口所连接的直流断路器，待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的直流断路器两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关BPS2命令，闭合旁路开关BPS2，同时整流换流站依据此时极2只有高端阀组在运行的运行方式对整流换流站极2的直流电流参考值进行限幅，即将直流电流参考值限制为小于等于直流电流限制值Idlim，所述直流电流限制值Idlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流电流。等待1s后，逆变换流站控制极1也发起命令将站3，站4，站5的极1的电压源型换流器闭锁，并且发令跳开其所连接的换流变压器的进线开关和直流端口所连接的直流断路器，待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的直流断路器两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关BPS1命令，闭合旁路开关BPS1，同时整流换流站依据此时极1只有高端阀组在运行的运行方式对整流换流站极1的直流电流参考值进行限幅，即将直流电流参考值限制为小于等于直流电流限制值Idlim，所述直流电流限制值Idlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流电流。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种混合级联直流输电系统控制方法，所述混合级联直流输电系统包括整流换流站和逆变换流站，所述逆变换流站包括至少一组混合直流换流器，所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器和电压源型换流器，所述电流源型换流器包括晶闸管换流器，所述电压源型换流器包括模块化多电平换流器，其特征在于，所述控制方法包括：在检测到直流站间通信故障时，将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，同时调整整流换流站输送的直流功率；或者在检测到直流站间通信故障时，对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅。
2.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，
所述直流站间通信故障包括：所有整流站的换流器与所有逆变站的换流器失去通信，或者部分逆变站的换流器与所有整流站的换流器失去通信，或者部分整流站的换流器与所有逆变站的换流器失去通信，或者部分整流站的换流器与部分逆变站的换流器失去通信。
3.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：
混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关；
待换流变压器的进线开关跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关；或者是，
待换流变压器的进线开关跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
4.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：
混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其直流端口所连接的开关；
待直流端口所连接的开关跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关；或者是，
待直流端口所连接的开关跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
5.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离是指：
混合直流换流器中的电压源型换流器收到闭锁指令后立即闭锁，并且跳开其所连接的换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关；
待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关命令，闭合旁路开关；或者是，
待换流变压器的进线开关和直流端口所连接的开关两者至少其一跳开后，发出闭合旁路开关和旁路隔离刀闸命令，先闭合旁路开关，待旁路隔离刀闸闭合后打开旁路开关。
6.如权利要求4或5所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，所述直流端口所连接的开关是指：电压源型换流器正极所连接的开关或刀闸，或者电压源型换流器负极所连接的开关或刀闸，或者电压源型换流器正极和负极所连接的开关或刀闸。
7.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离的命令由逆变换流站发起。
8.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，双极混合级联直流输电系统中，控制极优先将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，非控制极等待一定时间后将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离；或者非控制极优先将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离，控制极等待一定时间后将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离；或者控制极和非控制极同时将所述混合直流换流器中的电压源型换流器闭锁并隔离。
9.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，所述调整整流换流站输送的直流功率是指：依据运行方式的改变对整流换流站的直流功率参考值或直流电流参考值进行限幅。
10.如权利要求1所述的一种混合级联直流输电系统控制方法，其特征在于，所述对混合级联直流输电系统输送的直流功率进行限幅是指：以直流功率限制值Pdlim作为上限对混合级联直流输电系统整流换流站的直流功率参考值进行限幅，所述直流功率限制值Pdlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流功率；或者是，
以直流电流限制值Idlim作为上限对混合级联直流输电系统整流换流站的直流电流参考值进行限幅，所述直流电流限制值Idlim为预设置值，取值范围为0至混合级联直流输电系统的最大可输送直流电流。
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