CN112436539B - 一种特高压柔性直流系统及在线投阀组优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种特高压柔性直流系统及在线投阀组优化控制方法，方法包括：依次闭合待投入柔性直流阀组的第一开关，第二开关以及BPS开关，将BPI开关分闸，电流转移至BPS开关上；将柔性直流换流阀进行直流侧短接充电；阀组解锁后将柔性直流阀组切换到定子模块电压平均值控制，将直流侧的电压控制为预置第一电压值，将直流电流指令设为实测值，使得流过BPS开关的直流电流转移到柔性直流换流阀；当BPS开关的电流为0时，注入交流谐波，使得BPS开关出现过零点；当流入BPS开关的电流出现过零点后断开BPS开关；当所有BPS开关断开后，提升直流电压，使到直流系统进入全压运行状态。解决了特高压柔性直流输电系统中柔性直流阀组的在线投入困难的技术问题。

Description

一种特高压柔性直流系统及在线投阀组优化控制方法

技术领域

本申请涉及特高压技术领域，尤其涉及一种特高压柔性直流系统及在线投阀组优化控制方法。

背景技术

特高压柔性直流输电是未来电力系统发展的趋势。应用特高压柔性直流输电需要解决的几大关键技术难题，其中一个是柔性换流阀组在线投入问题。在实际运行中，特高压直流输电工程的各极两个阀组既可同时投入运行，也可根据需要，以单阀组投入运行。为了提高系统可用性及可靠性，控制系统应具备阀组投入和退出操作，以实现运行方式在线转换而不中断另一阀组的正常运行，期间还应尽量减小投/退过程对直流输送功率造成的扰动。

在特高压常规直流输电系统中，阀组的在线投入和退出已经是工程中常用的成熟技术。而对于特高压柔性直流输电系统，技术难度较大，目前尚无工程经验可参考。柔性直流阀组的在线投入需要解决直流电流控制、零直流电压运行两个关键技术问题。特别是在零直流电压运行时，若控制策略不当，会导致待投入阀组子模块电容电压持续降低。当解锁该待投入阀组后，如果子模块电容电压过低，其直流侧端口直流电压则可能会始终无法升至预定值，严重时甚至造成阀组在线投入失败。

发明内容

本申请提供了一种特高压柔性直流系统及在线投阀组优化控制方法，解决了在特高压柔性直流输电系统中柔性直流阀组的在线投入困难的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种特高压柔性直流系统，所述系统包括：

多级阀组，每极阀组包括两组串联的柔性直流阀组，所述两组串联的柔性直流阀组包括高阀组和低阀组；

所述柔性直流阀组包括与变压器连接的柔性直流换流阀，所述柔性直流换流阀、BPS开关以及BPI开关并联，所述BPS开关两端分别连接有第一开关Q1和第二开关Q2；所述低阀组Q2与极中性母线相连；所述低阀组Q1与高低阀连接母线相连；所述高阀组Q2与所述高低阀连接母线相连；所述高阀组Q1与极母线相连。

可选的，所述柔性直流换流阀由全桥子模块构成。

可选的，所述柔性直流换流阀由全桥子模块和半桥子模块构成。

本申请第二方面提供一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，所述方法包括：

依次闭合待投入柔性直流阀组的第一开关，第二开关以及BPS开关，再将BPI开关分闸，使得BPI中的电流转移至BPS开关上；

将柔性直流换流阀进行直流侧短接充电；

充电完成后，将所述待投入柔性直流阀组解锁，将所述待投入柔性直流阀组切换到定子模块电压平均值控制，将所述待投入柔性直流阀组直流侧的电压控制为预置第一电压值，将直流电流指令设为实测值，使得流过BPS开关的直流电流转移到所述柔性直流换流阀；

当所述BPS开关的直流电流为0时，在所述直流电流指令中注入交流谐波，使得所述BPS开关出现过零点；

当流入所述BPS开关的电流出现过零点后断开所述BPS开关；

当所有换流站的所述BPS开关断开后，逐步提升所述待投入柔性直流阀组的直流电压，使到直流系统进入全压运行状态。

可选的，所述柔性直流换流阀包括全桥子模块；

当所述柔性直流换流阀由全桥子模块和半桥子模块构成时，在不可控充电阶段，所述半桥子模块均会被旁路，则在所述全桥子模块开始充电后，导通所有所述全桥子模块的T3管，为所述半桥子模块充电；当所述半桥子模块电容电压充电至自取能电源的启动阈值时，进入可控充电阶段，即对所有所述全桥子模块和所述半桥子模块进行排序，并切断电压值大于预设阈值的所述全桥子模块和所述半桥子模块，直至所有所述全桥子模块和所述半桥子模块的电压均衡且达到额定值。

可选的，特高压柔性直流系统为双极阀组对称结构，每极阀组包括两组串联的柔性直流阀组，两组串联的柔性直流阀组包括高阀组和低阀组。

可选的，所述将所述柔性直流换流阀进行直流侧短接充电，具体为：

将所述柔性直流换流阀与交流系统连接后，对所述待投入柔性直流阀组进行充电。

可选的，所述预置第一电压值的电压区间为-10kV～-20kV。

可选的，所述注入交流谐波为六次谐波。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请中，提供了一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，包括：依次闭合待投入柔性直流阀组的第一开关，第二开关以及BPS开关，再将BPI开关分闸，使得BPI中的电流转移至BPS开关上；将柔性直流换流阀进行直流侧短接充电；充电完成后，将所述待投入柔性直流阀组解锁，将待投入柔性直流阀组切换到定子模块电压平均值控制，将待投入柔性直流阀组直流侧的电压控制为预置第一电压值，将直流电流指令设为实测值，使得流过BPS开关的直流电流转移到柔性直流换流阀；当BPS开关的直流电流为0时，在直流电流指令中注入交流谐波，使得BPS开关出现过零点；当流入BPS开关的电流出现过零点后断开BPS开关；当所有的BPS开关断开后，逐步提升待投入柔性直流阀组的直流电压，使到直流系统进入全压运行状态。

本申请通过在投阀过程中将柔性直流阀组切换到定子模块电压平均值控制，将直流侧的电压控制为较小电压值，将直流电流指令设为实测值，使得流过BPS开关的直流电流转移到柔性直流换流阀；当BPS开关的直流电流为0时，注入交流谐波，使得BPS开关出现过零点；当流入柔性直流换流阀旁路开关的电流出现过零点后断开BPS开关；当所有BPS开关都断开时逐步提升所述待投入柔性直流阀组的直流电压，使到直流系统进入全压运行状态。解决了特高压柔性直流在线投阀过程中零直流电压运行时，子模块电容电压持续降低，导致待投入阀组的直流侧端口电压始终无法升至预定值的技术问题，降低了特高压柔性直流在线投阀组的失败风险。

附图说明

图1为本申请一种特高压柔性直流系统的一个实施例中的系统架构图；

图2为本申请一种特高压柔性直流系统的一个实施例中柔性直流阀中的半桥子模块和全桥子模块的电路图；

图3为本申请一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法的一个实施例的方法流程图；

图4为本申请一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法的一个实施例中为柔性直流换流阀充电的一个示意图；

图5为本申请一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法的一个实施例中在线投阀组过程中不采用定子模块电压策略的仿真结果；

图6为本申请一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法的一个实施例中在线投阀组过程中采用定子模块电压策略的仿真结果。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请一种特高压柔性直流系统的一个实施例中的系统架构图，如图1所示，图1中包括：

多级阀组，每极阀组包括两组串联的柔性直流阀组，两组串联的柔性直流阀组包括高阀组和低阀组；

柔性直流阀组包括与变压器连接的柔性直流换流阀，柔性直流换流阀、BPS开关以及BPI开关并联，BPS开关两端分别连接有第一开关Q1和第二开关Q2；低阀组Q2与极中性母线相连；低阀组Q1与高低阀连接母线相连；高阀组Q2与高低阀连接母线相连；高阀组Q1与极母线相连。

柔性直流阀组包括与变压器连接的柔性直流换流阀，柔性直流换流阀、BPS开关以及BPI开关并联，BPS开关两端分别连接有第一开关Q1和第二开关Q2；低阀组Q2与极中性母线相连；低阀组Q1与高低阀连接母线相连；高阀组Q2与高低阀连接母线相连；高阀组Q1与极母线相连。

当需要对柔性直流阀进行直流侧短接充电时，可以依次闭合第一开关Q1和第二开关Q2和BPS开关，随后将BPI分闸，使得BPI上的电流转移到BPS上。

此时由于柔性直流阀组直流侧的BPS在合闸位置，因此该投入阀组是在直流侧短接的状态下进行充电的，具体的充电过程如图4所示。

具体的，充电过程可以分为不可控充电和可控充电两个阶段。当柔性直流换流阀包含有半桥子模块时，在不控充电阶段，所有半桥子模块均会被旁路，则在全桥子模块取能成功后导通所有全桥子模块的T3管(如图2所示的T3管)，为半桥子模块充电；当半桥子模块电容电压充电至自取能电源的启动阈值时，进入可控充电阶段，即对所有子模块进行排序，并切断电压值大于预设阈值的子模块，直至所有子模块电压均衡且达到额定值。图2为本申请的柔性直流阀中的半桥子模块和全桥子模块的电路图。

本申请通过在投阀过程中，在待投入阀组解锁后，将柔性直流阀组切换到定子模块电压平均值控制，将直流侧的电压控制为较小电压值，将直流电流指令设为实测值，使得流过BPS开关的直流电流转移到柔性直流换流阀；当BPS开关的直流电流为0时，注入交流谐波，使得BPS开关出现过零点；当流入柔性直流换流阀旁路开关的电流出现过零点后断开BPS开关；当所有BPS开关都断开时逐步提升所述待投入柔性直流阀组的直流电压，使到直流系统进入全压运行状态。解决了特高压柔性直流在线投阀过程中零直流电压运行时，子模块电容电压持续降低，导致待投入阀组的直流侧端口电压始终无法升至预定值的技术问题，降低了特高压柔性直流在线投阀组的失败风险。

以上是本申请装置的实施例，本申请还提供了一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法的一个实施例，如图3所示，图3中包括：

301、依次闭合待投入柔性直流阀组的第一开关，第二开关以及BPS开关，再将BPI开关分闸，使得BPI中的电流转移至BPS开关上。

302、将柔性直流换流阀进行直流侧短接充电。

需要说明的是，本申请在经过闭合待投入柔性直流阀组的第一开关，第二开关以及BPS开关，再将BPI开关分闸后，此时由于柔性直流阀组直流侧的BPS在合闸位置，因此该投入阀组是在直流侧短接的状态下进行充电的。

具体的，将柔性直流换流阀进行直流侧短接充电可以分为不可控充电和可控充电两个阶段。当柔性直流换流阀包含有半桥子模块时，在不控充电阶段，所有半桥子模块均会被旁路，则在全桥子模块取能成功后导通所有全桥子模块的T3管(如图2所示的T3管)，为半桥子模块充电；当半桥子模块电容电压充电至自取能电源的启动阈值时，进入可控充电阶段，即对所有子模块进行排序，并切断电压值大于预设阈值的子模块，直至所有子模块电压均衡且达到额定值。图2为本申请的柔性直流阀中的半桥子模块和全桥子模块的电路图。

303、将待投入柔性直流阀组切换到定子模块电压平均值控制，将待投入柔性直流阀组直流侧的电压控制为预置第一电压值，将直流电流指令设为实测值，使得流过BPS开关的直流电流转移到所述柔性直流换流阀；

304、当BPS开关的直流电流为0时，在直流电流指令中注入交流谐波，使得BPS开关出现过零点；

305、当流入柔性直流换流阀旁路开关的电流出现过零点后断开BPS开关；

306、当其他换流站的BPS开关断开后，逐步提升待投入柔性直流阀组的直流电压，使到直流系统进入全压运行状态。

需要说明的是，当短接充电完成后，此时，无论柔性直流换流站是属于定直流电压站还是定有功功率站，在解锁控零直流电压阶段均应切换到定子模块电压平均值控制，然后将待投入柔性直流阀组直流侧的电压控制为预置第一电压值，具体的预置第一电压值可以是较小负值(如-10kV～20kV)；并将其电流指令设为实测值，从而使得流过BPS开关的电流转移到柔性直流换流阀，为BPS开关的分断和熄弧创造条件。

对于BPS开关来说，一旦执行机构打开，需要迅速熄弧，否则存在触头烧蚀的风险。因此，为了保证BPS开关能够快速熄弧，在控制BPS开关电流至零后，可以在直流电流指令中注入一定大小的交流谐波，为BPS开关的分闸人为制造过零点。交流谐波可以通过调制mdc来控制直流侧子模块投切个数实现。

当流过待投入柔性直流阀组旁路开关的电流出现稳定的正负向过零点后断开BPS开关。当待其它换流站的BPS开关也完全熄弧后，即可逐渐提升柔性直流阀组的直流电压，使特高压柔性直流系统进入全压运行。

在当前柔性直流阀组投入期间，本极另一柔性直流换流阀组保持正常运行，基本不受影响。

本申请还提供了两组实验数据对比结果，如图5-6所示的在线投阀组过程中不采用定子模块电压策略的仿真结果以及在线投阀组过程中采用定子模块电压策略的仿真结果。

图5中特高压柔性直流在线投阀过程中零直流电压运行时，由于没有采用控子模块平均电压策略，子模块电容电压会持续降低，最低至1826V，此时待投入的高压柔性直流阀组端口直流电压始终无法到达预定值400kV，最终整个直流跳闸闭锁。

图6中为本申请方案的特高压柔性直流在线投阀过程中零直流电压运行时的对比图，可以看出，与现有技术相比，本发明的有益效果是解决了特高压柔性直流在线投阀过程中零直流电压运行时，子模块电容电压持续降低，导致待投入阀组的直流侧端口电压始终无法升至预定值的技术问题，降低了特高压柔性直流在线投阀组的失败风险。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，其特征在于，包括：

依次闭合待投入柔性直流阀组的第一开关，第二开关以及BPS开关，再将BPI开关分闸，使得BPI中的电流转移至BPS开关上；

将柔性直流换流阀进行直流侧短接充电；当所述柔性直流换流阀由全桥子模块和半桥子模块构成时，在不可控充电阶段，所述半桥子模块均会被旁路，则在所述全桥子模块开始充电后，导通所有所述全桥子模块的T3管，为所述半桥子模块充电；当所述半桥子模块电容电压充电至自取能电源的启动阈值时，进入可控充电阶段，即对所有所述全桥子模块和所述半桥子模块进行排序，并切断电压值大于预设阈值的所述全桥子模块和所述半桥子模块，直至所有所述全桥子模块和所述半桥子模块的电压均衡且达到额定值；

充电完成后，将所述待投入柔性直流阀组解锁，将所述待投入柔性直流阀组切换到定子模块电压平均值控制，将所述待投入柔性直流阀组直流侧的电压控制为预置第一电压值，将直流电流指令设为实测值，使得流过BPS开关的直流电流转移到所述柔性直流换流阀；

当所述BPS开关的直流电流为0时，在所述直流电流指令中注入交流谐波，使得所述BPS开关出现过零点；所述注入交流谐波为六次谐波；

当流入所述BPS开关的电流出现过零点后断开所述BPS开关；

当所有换流站的所述BPS开关断开后，逐步提升所述待投入柔性直流阀组的直流电压，使得直流系统进入全压运行状态。

2.根据权利要求1所述的特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，其特征在于，特高压柔性直流系统为双极阀组对称结构，每极阀组包括两组串联的柔性直流阀组，两组串联的柔性直流阀组包括高阀组和低阀组。

3.根据权利要求1所述的特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，其特征在于，所述将所述柔性直流换流阀进行直流侧短接充电，具体为：

将所述柔性直流换流阀与交流系统连接后，对所述待投入柔性直流阀组进行充电。

4.根据权利要求1所述的特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，其特征在于，所述预置第一电压值的电压区间为-10kV～-20kV。

5.根据权利要求1所述的特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，其特征在于基于特高压柔性直流系统实施，所述特高压柔性直流系统包括多级阀组，每级阀组包括两组串联的柔性直流阀组，所述两组串联的柔性直流阀组包括高阀组和低阀组；

所述柔性直流阀组包括与变压器连接的柔性直流换流阀，所述柔性直流换流阀、BPS开关以及BPI开关并联，所述BPS开关两端分别连接有第一开关Q1和第二开关Q2，高阀组和低阀组均设有第一开关Q1和第二开关Q2；所述低阀组中的第二开关Q2与极中性母线相连；所述低阀组中的第一开关Q1与高低阀连接母线相连；所述高阀组中的第二开关Q2与所述高低阀连接母线相连；所述高阀组中的第一开关Q1与极母线相连。

6.根据权利要求5所述的特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，其特征在于，所述柔性直流换流阀由全桥子模块构成。

7.根据权利要求6所述的特高压柔性直流在线投阀组优化控制方法，其特征在于，所述柔性直流换流阀由全桥子模块和半桥子模块构成。

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