CN112701655A - 直流输电系统中重合闸和启动控制方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及输电技术领域，公开了一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法、设备及存储介质。通过控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间，保证在没有电压外环控制的情况下直流侧电压仍处于安全稳定范围；在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；电流内环控制的有功电流给定值i_dref在重合闸阶段为0，在启动阶段从零逐步增加到K*I_dn，以使启动阶段并网电流能够逐步缓起，且在启动阶段结束时接近并网时电压外环控制输出的给定电流，从而使柔性直流换流站从重合闸阶段和启动阶段平稳过渡到启动阶段后的正常并网状态，提高电网侧瞬时性重合闸的启动成功率。

Description

直流输电系统中重合闸和启动控制方法、设备及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及输电技术领域，特别涉及一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法、设备及存储介质。

背景技术

由于海上风电场独特的地理位置，尤其当海上风电的离岸距离超过70km甚至更远时，采用高压交流输电将不能满足大容量、远距离海上风电输送的需求，而柔性直流输电技术以其可控性高、安全可靠、运行方式灵活等优点成为规模化海上风电外送的最佳方式之一。

但是，在海上风电柔性直流输电系统至陆上三相交流电网的送出线路发生三相瞬时性重合闸故障，如在0.1s时刻，送出线路中点处三相电压跌落故障消除且送出线路两端重合闸开关从初始闭合状态均同时断开，0.9s时刻，送出线路两端重合闸开关均同时再次闭合，此时亟需海上风电柔性直流输电系统，尤其是海上风电柔性直流输电系统的陆上柔性直流换流站具备电网侧瞬时性重合闸和启动控制能力，否则会导致送出线路重合闸或海上风电柔性直流输电系统启动失败，导致海上风电柔性直流输电系统故障停运，造成巨大经济损失。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法、设备及存储介质，通过在重合闸及启动阶段，缓步提升瞬时性重合闸后的并网电流并控制直流侧电压维持在指定电压区间，以确保直流输电系统从启动阶段平滑过渡到正常并网阶段，从而提高电网侧瞬时性重合闸的启动成功率。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法，应用于柔性直流输电系统中电网侧的柔性直流换流站，所述柔性直流换流站的直流侧设置有耗能支路，所述柔性直流换流站的交流侧经重合闸开关与三相交流电网串联，所述方法包括：

在所述柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制所述耗能支路使所述柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间；所述重合闸阶段为所述重合闸开关从跳开至再次闭合对应的时间段，所述启动阶段为所述重合闸开关再次闭合后的预定时长对应的时间段；

在所述重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；

其中，在所述重合闸阶段，所述电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在所述启动阶段，所述有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn，所述K为所述启动阶段的起始时刻发电场的预测功率与额定功率之间的比值，所述I_dn为所述柔性直流换流站的有功电流额定值。

本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的直流输电系统中重合闸和启动控制方法。

本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的直流输电系统中重合闸和启动控制方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过在柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间，保证在没有电压外环控制的情况下直流侧电压仍处于安全稳定范围；在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，在重合闸阶段，电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在启动阶段，有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn，所述K为启动阶段的起始时刻发电场的预测功率与额定功率之间的比值，I_dn为所述柔性直流换流站的有功电流额定值，以使启动阶段并网电流能够逐步缓起，且在启动阶段结束时接近并网时电压外环控制输出的给定电流，从而使柔性直流换流站从重合闸阶段和启动阶段平稳过渡到启动阶段后的正常并网状态，提高电网侧瞬时性重合闸的启动成功率。

另外，控制重合闸开关从跳开至再次闭合的操作，具体包括：在检测到重合闸开关跳开后，检测三相交流电网的三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，并在任一周期内各单相电压信号的电压峰值处，依次闭合所述重合闸开关对应相的相开关。通过在各单相电压信号的电压峰值处闭合相开关，可以避免柔性直流换流站内部交流变压器，或者三相交流电网内部交流变压器的励磁涌流问题；而依次闭合重合闸开关的各相开关，可以提高重合闸的安全性，因为一相开关合闸出现问题较三相开关同时合闸出现问题所造成的损失影响要小。

另外，在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号，具体包括：检测三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，并通过锁相环锁定三相交流电网电压的矢量旋转角度θ2；检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并基于矢量旋转角度θ2分别对三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2；利用有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2进行所述电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d22、u_q22；采用矢量旋转角度θ2对两相电压参考波信号u_d22、u_q22进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref；基于柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref进行处理，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。通过将柔性直流换流站交流侧的矢量旋转角度锁定为三相交流电网侧的矢量旋转角度，使得在重合闸开关闭合前，控制柔性直流换流站输出电压与三相交流电网侧电压同相位，提前为合闸瞬间的两者相位同步做好准备，减少合闸瞬间电流冲击。

另外，利用有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2进行电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d22、u_q22，具体包括：将有功电流给定值i_dref减去直流电流成分i_d2的差值经过第一电流PI调节器后，与(-wLi_q2)以及直流电压成分u_d2相加，得到两相电压参考波信号u_d22；将无功电流给定值i_qref减去直流电流成分i_q2的差值经过第二电流PI调节器后，与(wLi_d2)以及直流电压成分u_q2相加，得到两相电压参考波信号u_q22；其中，w为三相交流电网电压的角频率，L为柔性直流换流站中三相滤波电抗器的电感值。通过给出一种电流内环控制的具体实现方式，可以确保两相电压参考波信号u_d22、u_q22随电流给定值变化而平稳变化，保证系统的稳定性。

另外，上述方法还包括：在启动阶段结束后，采用电流内环控制和电压外环控制相结合，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，电压外环控制用于产生电流内环控制中的有功电流给定值i_dref。由于启动阶段结束后，有功电流给定值i_dref已经增长到有功电流额定值K*I_dn，而正常并网状态下，基于电压外环控制所生成的有功电流给定值i_dref也处于K*I_dn附近，因此，此时采用电压外环控制生成有功电流给定值i_dref，可实现启动阶段到正常并网阶段的平稳过渡。

另外，在启动阶段结束后，采用电流内环控制和电压外环控制相结合，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号，具体包括：检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并通过锁相环锁定柔性直流换流站交流侧的三相电压的矢量旋转角度θ1；基于矢量旋转角度θ1分别对三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1；利用经电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1进行电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d11、u_q11；采用矢量旋转角度θ1对两相电压参考波信号u_d11、u_q11进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref；基于柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref进行处理，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。由于在启动阶段，柔性直流换流站输出电压与三相交流电网侧电压已经处于同相位，因此在启动阶段结束进入正常并网状态后，可直接基于柔性直流换流站交流侧的矢量旋转角度计算两相电压参考波信号u_d11、u_q11，以实现电流内环控制和电压外环控制的双重闭合控制。

另外，利用经电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1进行电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d11、u_q11，具体包括：将经电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref减去直流电流成分i_d1的差值经过第一电流PI调节器后，与(-wLi_q1)以及所述直流电压成分u_d1相加，得到所述两相电压参考波信号u_d11；将无功电流给定值i_qref减去直流电流成分i_q1的差值经过第二电流PI调节器后，与(wLi_d1)以及所述直流电压成分u_q1相加，得到所述两相电压参考波信号u_q11；其中，w为三相交流电网电压的角频率，L为所述柔性直流换流站中三相滤波电抗器的电感值。通过给出一种电流内环控制的具体实现方式，可以确保两相电压参考波信号u_d11、u_q11随电流给定值变化而平稳变化，保证系统的稳定性。

另外，通过电压外环控制产生电流内环控制中的有功电流给定值i_dref的操作，具体包括：将柔性直流换流站直流侧正负极间给定电压u_dcref与实际电压u_dc的差值经过电压PI调节器处理，得到有功电流给定值i_dref。从而通过电压外环控制使实际电压u_dc维持在指定电压值u_dcref，确保直流侧的电压稳定。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式的海上风电柔性直流输电系统拓扑结构框图；

图2是根据本发明第一实施方式的直流输电系统中重合闸和启动控制方法的具体流程图；

图3是根据本发明第一实施方式的陆上柔性直流换流站的有功电流给定值i_dref曲线；

图4是根据本发明第二实施方式的直流输电系统中重合闸和启动控制方法的具体流程图；

图5是根据本发明第二实施方式的陆上柔性直流换流站重合闸和启动控制方法框图；

图6是根据本发明第三实施方式的直流输电系统中重合闸和启动控制方法的具体流程图；

图7是根据本发明第四实施方式的直流输电系统中重合闸和启动控制方法的具体流程图；

图8是根据本发明第四实施方式的陆上柔性直流换流站稳态并网运行控制方法框图；

图9是根据本发明第五实施方式的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法。本实施方式的核心在于在柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间；在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，在重合闸阶段，电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在启动阶段，有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn，所述K为启动阶段的起始时刻发电场的预测功率与额定功率之间的比值，I_dn为所述柔性直流换流站的有功电流额定值，从而确保在直流侧正负极间电压u_dc稳定的情况下，缓慢提高瞬时性重合闸后的并网电流，以确保直流输电系统从启动阶段平滑过渡到正常并网阶段，从而提高电网侧瞬时性重合闸的启动成功率。下面对本实施方式的直流输电系统中重合闸和启动控制方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式中的直流输电系统中重合闸和启动控制方法，应用于柔性直流输电系统中电网侧的柔性直流换流站，柔性直流换流站的直流侧设置有耗能支路，柔性直流换流站的交流侧经重合闸开关与三相交流电网串联。图1所示为以海上风电柔性直流输电系统对本实施方式中的柔性直流输电系统进行的示例性说明。如图1所示，该海上风电柔性直流输电系统依次由1个1200MW海上风电场、1个1200MW海上柔性直流换流站、1个1200MW陆上柔性直流换流站、重合闸开关S2、重合闸开关S3、陆上三相交流电网串联构成，其中陆上柔性直流换流站的直流侧正极+400kV与负极－400kV之间接入耗能支路及与耗能支路相串联的投切开关S1，所述耗能支路为1个4mH电感与1个600Ω电阻串联的负载，与耗能支路相串联的投切开关S1，可为多个功率器件开关串联构成的开关电路。本实施方式中涉及的柔性直流换流站即为图1中的陆上柔性直流换流站；重合闸开关即为重合闸开关S2和重合闸开关S3；耗能支路为投切开关S1所在的耗能支路。

如图2所示，本实施方式中的直流输电系统中重合闸和启动控制方法，具体包括：

步骤201：在柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间；重合闸阶段为重合闸开关从跳开至再次闭合对应的时间段，启动阶段为重合闸开关再次闭合后的预定时长对应的时间段。

在直流输电系统处于正常并网状态下，通常采用电流内环控制加电压外环控制，生成柔性换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。但是在重合闸阶段和启动阶段，由于并网电流过低，此时如果直接基于电压外环控制输出的可能接近有功电流额定值I_dn的较大的给定电流值作为电流内环控制的有功电流给定值i_dref，相当于将过低(可能接近于0)的并网电流直接大阶跃切换到直流母线电压外环输出的给定电流，而切换产生的大电流冲击很可能导致系统恢复供电失败。

因此，本实施方式在系统重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号，而通过耗能支路控制柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间，是为了在采用单独的电流内环控制生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号的过程中，维持u_dc稳定，从而保证系统的单电流内环控制安全、平稳地进行。

具体地，以图1所示系统为例，设置与耗能支路相串联的投切开关S1初始状态为断开状态，在柔性直流换流站处于重合闸阶段和启动阶段时，检测陆上柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc≥k₁U_dcn后，S1闭合并一直保持闭合状态直至检测到u_dc≤k₂U_dcn后，S1断开并一直保持断开状态直至再次检测到u_dc≥k₁U_dcn后，S1再次闭合并一直保持闭合状态并不断检测下一次u_dc≤k₂U_dcn的到来，如此循环往复，从而使得u_dc维持在和k₁U_dcn和k₂U_dcn之间。其中，k₁一般可取1.04～1.15，k₂一般可取1.01～1.03；U_dcn为陆上柔性直流换流站直流侧正负极间额定电压。

步骤202：在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，在重合闸阶段，电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在启动阶段，有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn，所述K为启动阶段的起始时刻发电场的预测功率与额定功率之间的比值，I_dn为所述柔性直流换流站的有功电流额定值。

具体地，以图1所示系统为例，重合闸阶段的实现可以是重合闸开关S2和S3的三个相开关同时合闸，也可以是三个相开关依次合闸，如在控制重合闸开关S2的A相开关与重合闸开关S3的A相开关同时闭合后，再控制重合闸开关S2的B相开关与重合闸开关S3的B相开关同时闭合，之后再控制重合闸开关S2的C相开关与重合闸开关S3的C相开关同时闭合。

在一具体实施方式中，控制重合闸开关从跳开至再次闭合的操作，具体包括：

在检测到重合闸开关跳开后，检测三相交流电网的三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，并在任一周期内各单相电压信号的电压峰值处，依次闭合重合闸开关对应相的相开关。

通过在各单相电压信号的电压峰值处闭合相开关，可以避免柔性直流换流站内部交流变压器，或者三相交流电网内部交流变压器的励磁涌流问题；而依次闭合重合闸开关的各相开关，可以提高重合闸的安全性，因为一相开关合闸出现问题较三相开关同时合闸出现问题所造成的损失影响要小。

具体地，以图1所示系统为例，如图3所示，设定重合闸开关S2和重合闸开关S3完全跳开的时刻为t₁，重合闸开关S2的A相开关与重合闸开关S3的A相开关同时在A相电压峰值处闭合的时刻为t₂时刻(t₂＝t₁+0.8)，重合闸开关S2的B相开关与重合闸开关S3的B相开关同时在B相电压峰值处闭合的时刻为t₃时刻(t₃＝t₂+0.02/3)，重合闸开关S2的C相开关与重合闸开关S3的C相开关同时在C相电压峰值处闭合的时刻为t₄时刻(t₄＝t₃+0.02/3)，t₄时刻也为三相重合闸结束时刻，重合闸成功后进入到启动阶段，且启动阶段结束时刻为t₅(t₅＝t₄+0.5)，其中0.02对应为三相交流电网的工频周期，时间单位为秒；当t₁≤t≤t₄时，i_dref＝0；当t₄＜t＜t₅时，i_dref＝K*I_dn*(t-t₄)/(t₅-t₄)，其中i_dref可为陆上柔性直流换流站的有功电流给定值，I_dn为陆上柔性直流换流站的有功电流额定值，K为t₄时刻海上风电场(发电场)预测功率与海上风电场额定功率之间的比值。当t≥t₅时，直流输电系统进行正常并网阶段。

此外，一般为保证并网点的功率因数为1，可设置陆上柔性直流换流站的无功功率给定值i_qref＝0，在无特殊说明下，本发明所以实施方式中默认i_qref在任何状态下均为0。

与现有技术相比，本发明实施方式通过在柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间，保证在没有电压外环控制的情况下直流侧电压仍处于安全稳定范围；在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，在重合闸阶段，电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在启动阶段，有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn，所述K为启动阶段的起始时刻发电场的预测功率与额定功率之间的比值，i_dref为所述柔性直流换流站的有功电流给定值，I_dn为所述柔性直流换流站的有功电流额定值，以使启动阶段并网电流能够逐步缓起，且在启动阶段结束时接近并网时电压外环控制输出的给定电流，从而使柔性直流换流站从重合闸阶段和启动阶段平稳过渡到启动阶段后的正常并网状态，提高电网侧瞬时性重合闸的启动成功率。

本发明的第二实施方式涉及一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法。第二实施方式是在第一实施方式基础上做的改进，其改进之处在于：

在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号，具体包括：检测三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，并通过锁相环锁定三相交流电网电压的矢量旋转角度θ2；检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并基于矢量旋转角度θ2分别对三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2；利用有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2进行所述电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d22、u_q22；采用矢量旋转角度θ2对两相电压参考波信号u_d22、u_q22进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref；基于柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref进行处理，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。通过将柔性直流换流站交流侧的矢量旋转角度锁定为三相交流电网侧的矢量旋转角度，使得在重合闸开关闭合前，控制柔性直流换流站输出电压与三相交流电网侧电压同相位，提前为合闸瞬间的两者相位同步做好准备，减少合闸瞬间电流冲击。

具体流程图如图4所示。

步骤401：在柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间；重合闸阶段为重合闸开关从跳开至再次闭合对应的时间段，启动阶段为重合闸开关再次闭合后的预定时长对应的时间段。

步骤402：检测三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，并通过锁相环锁定三相交流电网电压的矢量旋转角度θ2；

具体地，如图5中所示，设置重合闸开关S2、重合闸开关S3初始状态均为闭合状态，检测到重合闸开关S2、重合闸开关S3于t₁时刻同时跳开后，开始实时检测三相交流电网的A、B、C三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，通过锁相环(Phase Locked Loop，PLL)方法实时得到三相交流电网电压的矢量旋转角度θ2。

步骤403：检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并基于矢量旋转角度θ2分别对三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2。

具体地，如图5中所示，在检测到重合闸开关S2、重合闸开关S3于t₁时刻同时跳开后，开始实时检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并利用矢量旋转角度θ2和陆上柔性直流换流站A、B、C相输出电压u_a1、u_b1和u_c1计算陆上柔性直流换流站的d、q轴直流电压成分u_d2(d轴直流电压成分)、u_q2(q轴直流电压成分)；利用矢量旋转角度θ2和陆上柔性直流换流站A、B、C相输出电流i_a1、i_b1和i_c1计算陆上柔性直流换流站的d、q轴直流电流成分i_d2(d轴直流电流成分)、i_q2(q轴直流电流成分)。

步骤404：利用有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2进行电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d22、u_q22。

在一具体实施方式中，参照图5所示，可通过如下操作实现本步骤的处理过程：

步骤1，将有功电流给定值i_dref减去直流电流成分i_d2的差值经过第一电流PI调节器后，与(-wLi_q2)以及直流电压成分u_d2相加，得到两相电压参考波信号u_d22。

步骤2，将无功电流给定值i_qref减去直流电流成分i_q2的差值经过第二电流PI调节器后，与(wLi_d2)以及直流电压成分u_q2相加，得到两相电压参考波信号u_q22，

其中，w为三相交流电网电压的角频率，L为柔性直流换流站中三相滤波电抗器的电感值。

此外，本实施方式中对电流内环控制的具体实现方式并不做限定，本领域技术人员可根据实际需求配置更加复杂的电流内环控制网络和相关参数。

步骤405：采用矢量旋转角度θ2对两相电压参考波信号u_d22、u_q22进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref。

具体地，通过将两相电压参考波信号u_d22、u_q22进行dq/abc逆变换，得到重合闸阶段和启动阶段A、B、C相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref。

步骤406：基于柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref进行处理，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。

具体地，可采用最近电平调制与电容电压排序方法(最近电平调制与电容电压排序方法可参考文献：丁冠军，丁明，汤广福，等.新型多电平VSC子模块电容参数与均压策略[J].中国电机工程学报，2009，29(30)：1-6，主要采用最近电平调制(nearest levelmodulation,NLM)技术，先对电容电压排序，再根据桥臂电流方向选择投入电压最高或者最低的若干模块，使总体电压平衡)，得到陆上柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。

与现有技术相比，本发明实施方式通过将柔性直流换流站交流侧的矢量旋转角度锁定为三相交流电网侧的矢量旋转角度，使得在重合闸开关闭合前，控制柔性直流换流站输出电压与三相交流电网侧电压同相位，提前为合闸瞬间的两者相位同步做好准备，减少合闸瞬间电流冲击。

并且，通过给出一种电流内环控制的具体实现方式，可以确保两相电压参考波信号u_d22、u_q22随电流给定值变化而平稳变化，保证系统的稳定性。

本发明的第三实施方式涉及一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法。第三实施方式是在第一实施方式基础上做的改进，其改进之处在于：

在执行上述各实施方式的过程中还包括：在启动阶段结束后，采用电流内环控制和电压外环控制相结合，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，电压外环控制用于产生电流内环控制中的有功电流给定值i_dref。由于启动阶段结束后，有功电流给定值i_dref已经增长到K*I_dn，而正常并网状态下，基于电压外环控制所生成的有功电流给定值i_dref也处于K*I_dn附近，因此，此时采用电压外环控制生成有功电流给定值i_dref，可实现启动阶段到正常并网阶段的平稳过渡。

具体流程图如图6所示。

步骤601：在柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间；重合闸阶段为重合闸开关从跳开至再次闭合对应的时间段，启动阶段为重合闸开关再次闭合后的预定时长对应的时间段。

步骤602：在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，在重合闸阶段，电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在启动阶段，有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn。

步骤603：在启动阶段结束后，采用电流内环控制和电压外环控制相结合，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，电压外环控制用于产生电流内环控制中的有功电流给定值i_dref。

与现有技术相比，本发明实施方式由于启动阶段结束后，有功电流给定值i_dref已经增长到K*I_dn，而正常并网状态下，基于电压外环控制所生成的有功电流给定值i_dref也处于K*I_dn附近，因此，此时采用电压外环控制生成有功电流给定值i_dref，可实现启动阶段到正常并网阶段的平稳过渡。

本发明的第四实施方式涉及一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法。第四实施方式是在第三实施方式基础上做的改进，其改进之处在于：

在启动阶段结束后，采用电流内环控制和电压外环控制相结合，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号，具体包括：检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并通过锁相环锁定柔性直流换流站交流侧的三相电压的矢量旋转角度θ1；基于矢量旋转角度θ1分别对三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1；利用经电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1进行电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d11、u_q11；采用矢量旋转角度θ1对两相电压参考波信号u_d11、u_q11进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref；基于柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref进行处理，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。由于在启动阶段，柔性直流换流站输出电压与三相交流电网侧电压已经处于同相位，因此在启动阶段结束进入正常并网状态后，可直接基于柔性直流换流站交流侧的矢量旋转角度计算两相电压参考波信号u_d11、u_q11，以实现电流内环控制和电压外环控制的双重闭合控制。

具体流程图如图7所示。

步骤S701：在柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制耗能支路使柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间；重合闸阶段为重合闸开关从跳开至再次闭合对应的时间段，启动阶段为重合闸开关再次闭合后的预定时长对应的时间段。

步骤702：在重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；其中，在重合闸阶段，电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在启动阶段，有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn。

步骤703：检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并通过锁相环锁定所述柔性直流换流站交流侧的三相电压的矢量旋转角度θ1。

具体地，如图8中所示，在启动阶段结束后，开始实时检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，通过锁相环PLL方法实时得到柔性直流换流站交流侧的三相电压的矢量旋转角度θ1。

步骤704：基于矢量旋转角度θ1分别对三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1。

具体地，利用矢量旋转角度θ1和陆上柔性直流换流站A、B、C相输出电压u_a1、u_b1和u_c1计算陆上柔性直流换流站的d、q轴直流电压成分u_d1(d轴直流电压成分)、u_q1(q轴直流电压成分)；利用矢量旋转角度θ1和陆上柔性直流换流站A、B、C相输出电流i_a1、i_b1和i_c1计算陆上柔性直流换流站的d、q轴直流电流成分i_d1(d轴直流电流成分)、i_q1(q轴直流电流成分)。

步骤705：利用经电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1进行电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d11、u_q11。

在一具体实施方式中，可将柔性直流换流站直流侧正负极间给定电压u_dcref与实际电压u_dc的差值经过电压PI(比例积分)调节器处理，得到有功电流给定值i_dref。

在一具体实施方式中，参照图8所示，可通过如下操作实现本步骤的处理过程：

步骤1，将经电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref减去直流电流成分i_d1的差值经过第一电流PI调节器后，与(-wLi_q1)以及直流电压成分u_d1相加，得到两相电压参考波信号u_d11；

步骤2，将无功电流给定值i_qref减去直流电流成分i_q1的差值经过第二电流PI调节器后，与(wLi_d1)以及直流电压成分u_q1相加，得到两相电压参考波信号u_q11；

其中，w为三相交流电网电压的角频率，L为所述柔性直流换流站中三相滤波电抗器的电感值。

此外，本实施方式中对电流内环控制的具体实现方式并不做限定，本领域技术人员可根据实际需求配置更加复杂的电流内环控制网络和相关参数。

步骤706：采用矢量旋转角度θ1对两相电压参考波信号u_d11、u_q11进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref。

具体地，通过将两相电压参考波信号u_d11、u_q11进行dq/abc逆变换，得到启动阶段结束后A、B、C相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref。

步骤707：基于柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref进行处理，生成柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。

具体地，可采用最近电平调制与电容电压排序方法(最近电平调制与电容电压排序方法可参考文献：丁冠军，丁明，汤广福，等.新型多电平VSC子模块电容参数与均压策略[J].中国电机工程学报，2009，29(30)：1-6，主要采用最近电平调制(nearest levelmodulation,NLM)技术，先对电容电压排序，再根据桥臂电流方向选择投入电压最高或者最低的若干模块，使总体电压平衡)，得到陆上柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。

与现有技术相比，本发明实施方式由于在启动阶段，柔性直流换流站输出电压与三相交流电网侧电压已经处于同相位，因此在启动阶段结束进入正常并网状态后，可直接基于柔性直流换流站交流侧的矢量旋转角度计算两相电压参考波信号u_d11、u_q11，以实现电流内环控制和电压外环控制的双重闭环控制。

并且，通过给出一种电流内环控制的具体实现方式，可以确保两相电压参考波信号u_d11、u_q11随电流给定值变化而平稳变化，保证系统的稳定性；通过电压外环控制使实际电压u_dc维持在指定电压值u_dcref，确保直流侧的电压稳定。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第五实施方式涉及一种电子设备，如图9所示，包括至少一个处理器902；以及，与至少一个处理器902通信连接的存储器；其中，存储器901存储有可被至少一个处理器902执行的指令，指令被至少一个处理器902执行，以使至少一个处理器902能够执行上述任一方法实施例。

其中，存储器901和处理器902采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器902和存储器901的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器902处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器902。

处理器902负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器901可以被用于存储处理器902在执行操作时所使用的数据。

本发明第六实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直流输电系统中重合闸和启动控制方法，应用于柔性直流输电系统中电网侧的柔性直流换流站，其特征在于，所述柔性直流换流站的直流侧设置有耗能支路，所述柔性直流换流站的交流侧经重合闸开关与三相交流电网串联，所述方法包括：

在所述柔性直流换流站的重合闸阶段和启动阶段，控制所述耗能支路使所述柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc维持在指定电压区间；所述重合闸阶段为所述重合闸开关从跳开至再次闭合对应的时间段，所述启动阶段为所述重合闸开关再次闭合后的预定时长对应的时间段；

在所述重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；

其中，在所述重合闸阶段，所述电流内环控制的有功电流给定值i_dref为0；在所述启动阶段，所述有功电流给定值i_dref从零逐步增加到K*I_dn，所述K为所述启动阶段的起始时刻发电场的预测功率与额定功率之间的比值，所述I_dn为所述柔性直流换流站的有功电流额定值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制重合闸开关从跳开至再次闭合的操作，具体包括：

在检测到重合闸开关跳开后，检测三相交流电网的三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，并在任一周期内各单相电压信号的电压峰值处，依次闭合所述重合闸开关对应相的相开关。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述重合闸阶段和启动阶段，采用单独的电流内环控制，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号，具体包括：

检测所述三相电压信号u_a2、u_b2和u_c2，并通过锁相环锁定三相交流电网电压的矢量旋转角度θ2；

检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并基于所述矢量旋转角度θ2分别对所述三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2；

利用所述有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对所述直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2进行所述电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d22、u_q22；

采用所述矢量旋转角度θ2对所述两相电压参考波信号u_d22、u_q22进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref；

基于所述柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对所述三相电压参考波信号u_a2ref、u_b2ref、u_c2ref进行处理，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对所述直流电压成分u_d2、u_q2和直流电流成分i_d2、i_q2进行所述电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d22、u_q22，具体包括：

将所述有功电流给定值i_dref减去所述直流电流成分i_d2的差值经过第一电流PI调节器后，与(-wLi_q2)以及所述直流电压成分u_d2相加，得到所述两相电压参考波信号u_d22；

将所述无功电流给定值i_qref减去所述直流电流成分i_q2的差值经过第二电流PI调节器后，与(wLi_d2)以及所述直流电压成分u_q2相加，得到所述两相电压参考波信号u_q22；

其中，w为三相交流电网电压的角频率，L为所述柔性直流换流站中三相滤波电抗器的电感值。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述启动阶段结束后，采用电流内环控制和电压外环控制相结合，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号；

其中，所述电压外环控制用于产生所述电流内环控制中的有功电流给定值i_dref。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述启动阶段结束后，采用电流内环控制和电压外环控制相结合，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号，具体包括：

检测柔性直流换流站交流侧的三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1，并通过锁相环锁定所述柔性直流换流站交流侧的三相电压的矢量旋转角度θ1；

基于所述矢量旋转角度θ1分别对所述三相电压信号u_a1、u_b1、u_c1和三相电流信号i_a1、i_b1、i_c1进行dq旋转矢量变换，得到dq轴坐标系下的直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1；

利用经所述电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对所述直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1进行所述电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d11、u_q11；

采用所述矢量旋转角度θ1对所述两相电压参考波信号u_d11、u_q11进行三相静止矢量逆变换，得到三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref；

基于所述柔性直流换流站直流侧正负极间电压u_dc，采用最近电平调制与电容电压排序方法对所述三相电压参考波信号u_a1ref、u_b1ref、u_c1ref进行处理，生成所述柔性直流换流站中各功率器件的驱动脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用经所述电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref，预设的无功电流给定值i_qref，对所述直流电压成分u_d1、u_q1和直流电流成分i_d1、i_q1进行所述电流内环控制，得到两相电压参考波信号u_d11、u_q11，具体包括：

将经所述电压外环控制得到的有功电流给定值i_dref减去所述直流电流成分i_d1的差值经过第一电流PI调节器后，与(-wLi_q1)以及所述直流电压成分u_d1相加，得到所述两相电压参考波信号u_d11；

将所述无功电流给定值i_qref减去所述直流电流成分i_q1的差值经过第二电流PI调节器后，与(wLi_d1)以及所述直流电压成分u_q1相加，得到所述两相电压参考波信号u_q11；

其中，w为三相交流电网电压的角频率，L为所述柔性直流换流站中三相滤波电抗器的电感值。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述电压外环控制产生所述电流内环控制中的有功电流给定值i_dref的操作，具体包括：

将所述柔性直流换流站直流侧正负极间给定电压u_dcref与实际电压u_dc的差值经过电压PI调节器处理，得到所述有功电流给定值i_dref。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8中任一所述的直流输电系统中重合闸和启动控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的直流输电系统中重合闸和启动控制方法。

Images