CN112952886A - 一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，包括：所述混合级联直流系统逆变侧发生交流系统故障时，根据逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况确定是否生成移相信号；如逆变侧生成移相信号，则将其传送给整流侧；整流侧收到移相信号后，执行相应移相命令。从而临时降低整流侧功率，避免逆变侧电压源型换流器出现直流过压，实现交流系统故障穿越。本发明同时公开了相应的控制系统。本发明能够有效处理混合级联直流系统中，逆变侧电压源型换流器因交流系统故障引起的直流过压问题，避免并联耗能回路承受过大能量，保证直流系统和设备的安全稳定运行。

Description

一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法及控制系统

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系统的交流故障穿越方法及控制系统。

背景技术

混合直流输电系统结合了常规基于电网换相换流器(电流源型换流器)的直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源型换流器的柔性直流输电系统(VSC-HVDC)的特点，不仅具有常规直流的成本低、损耗小等优点，同时还具有柔性直流的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等优点，目前在远距离输电中具有很好的工程应用前景。

目前，混合级联直流系统的拓扑结构主要有如图1所示的电流源换流器和电压换流器非共站建设和图2所示的电流源换流器和电压换流器共站建设两种类型。图1和图2中的混合级联直流系统，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输出受限，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。

当逆变侧所连接的交流电网发生故障导致直流侧电压快速升高时，目前常用方法是通过直流耗能回路消耗部分能量来保持电压源型换流器直流侧的电压在可控范围内。常用的直流耗能回路包括DC chopper、泄流晶闸管、可控避雷器等。采用直流耗能回路能一定程度抑制直流侧过电压，但此种方法存在设计成本较高的不足。

为抑制逆变侧电压源型换流器直流侧过电压，减小直流耗能回路压力，降低直流耗能装置工程设计成本，在检测到逆变侧交流系统故障导致电压源型换流器直流过压时，有必要通过控制方法来降低整流侧输入的直流功率。

发明内容

本发明的目的是：提供一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法及控制系统，能够有效处理混合级联直流系统中，逆变侧电压源型换流器因交流系统故障引起的直流过压问题，避免逆变侧电压源型换流器并联耗能回路承受过大的能量，保证设备和直流系统的安全稳定运行。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本申请提供了一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，所述混合级联直流系统包括整流侧和逆变侧，所述逆变侧包括串联连接的一组电流源型换流器和一组电压源型换流器，所述控制方法包括：

所述混合级联直流系统逆变侧发生交流系统故障时，根据逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况确定是否生成移相信号；

如逆变侧生成移相信号，则将其传送给整流侧；

整流侧收到移相信号后，执行相应移相命令。

进一步地，所述逆变侧交流系统的故障类型判断方法为：实时检测电压源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_VSC}和电流源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_LCC}，基于三相电压值确定交流故障类型，故障类型包括交流系统三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路；

所述故障严重程度判断方法为：基于故障相交流电压的幅值、电流源型换流器是否发生换相失败、电压源型换流器直流过压程度来确定故障的严重程度；

所述混合直流系统的运行工况的判断方法为：基于本极混合直流系统中电压源型换流器的投入个数、电流源型换流器的运行状态、直流系统运行功率的大小判断混合直流系统的运行工况。

进一步地，所述移相信号的组成采用如下三种方式之一：

方式一：包括移相启动信号和移相持续时间；

方式二：包括移相启动信号和移相退出信号；

方式三：仅包括移相指令信号。

进一步地，所述移相启动信号或移相指令信号的生成需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时混合直流系统的运行功率大于或等于设定值。

进一步地，所述移相持续时间的设置方法为：

设定为固定时间长度值，或根据不同故障类型、故障严重程度及混合直流系统的运行工况，通过查表法确定为不同的时间长度值。

进一步地，所述移相退出信号的产生条件为：

逆变侧交流系统电压幅值大于第二交流电压设定值U_{ac_set2}且保持时间T_delay1，或电压源型换流器直流电压小于第二直流电压U_{dc_set2}且保持时间T_delay2。

进一步地，所述执行相应移相命令的过程为：

当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相持续时间时，在收到移相启动信号后进入移相状态，满足持续时间后，退出移相状态；

当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相退出信号时，收到移相启动信号后进入移相状态，收到移相退出信号后退出移相状态；

当整流侧收到的移相信号为移相指令信号时，在移相指令信号为有效状态时进入移相状态，在移相指令信号为无效状态时退出移相状态。

进一步地，所述整流侧执行相应移相命令过程中：

整流侧在进入移相状态后将电流源型换流器触发角限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；

或者是整流侧进入移相状态后，如果整流侧换流器的直流电流大于直流电流设定值I_{dc_set}或直流功率大于直流功率设定值P_{dc_set}，则将电流源型换流器触发角限定为第二触发角定值alpha_ord2,否则限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；其中，第二触发角定值alpha_ord2小于第一触发角定值alpha_ord1。

另一方面，本申请提供了一种混合级联直流系统的交流故障穿越控制系统，包括：

数据采集模块，用于采集逆变侧电压源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_VSC}和电流源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_LCC}，采集电压源型换流器直流电压U_{dc_VSC}，检测混合直流系统中电压源型换流器的投入个数、电流源型换流器的运行状态和直流系统的运行功率；

移相信号生成模块，用于在混合级联直流系统逆变侧发生交流系统故障时，根据逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况确定是否生成移相信号；如逆变侧生成移相信号，则将其传送给整流侧；

移相控制模块，基于所接收的移相信号，控制整流侧进入和退出移相状态，移相过程中控制整流侧换流器的触发角大小。

进一步地，所述移相信号生成模块中，移相信号的组成采用如下三种方式之一：

方式一：包括移相启动信号和移相持续时间；

方式二：包括移相启动信号和移相退出信号；

方式三：仅包括移相指令信号。

进一步地，所述移相信号生成模块中移相启动信号或移相指令信号的生成需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时混合直流系统的运行功率大于或等于设定值。

进一步地，所述移相持续时间的设置方法为：

设定为固定时间长度值，或根据不同故障类型、故障严重程度及混合直流系统的运行工况，通过查表法确定为不同的时间长度值。

进一步地，所述移相退出信号的产生条件为：

逆变侧交流系统电压幅值大于第二交流电压设定值U_{ac_set2}且保持时间T_delay1，或电压源型换流器直流电压小于第二直流电压U_{dc_set2}且保持时间T_delay2。

进一步地，所述移相控制模块，基于所接收的移相信号，控制整流侧进入和退出移相状态，具体为：

当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相持续时间时，在收到移相启动信号后进入移相状态，满足持续时间后，退出移相状态；当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相退出信号时，收到移相启动信号后进入移相状态，收到移相退出信号后退出移相状态；当整流侧收到的移相信号为移相指令信号时，在移相指令信号为有效状态时进入移相状态，在移相指令信号为无效状态时退出移相状态。

进一步地，所述移相控制模块，移相过程中控制整流侧换流器的触发角大小，具体为：

整流侧在进入移相状态后将电流源型换流器触发角限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；

或者是整流侧进入移相状态后，如果整流侧换流器的直流电流大于直流电流设定值I_{dc_set}或直流功率大于直流功率设定值P_{dc_set}，则将电流源型换流器触发角限定为第二触发角定值alpha_ord2,否则限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；其中，第二触发角定值alpha_ord2小于第一触发角定值alpha_ord1。

本发明的有益效果：

1)本发明能够有效处理混合级联直流系统中，逆变侧电压源型换流器因交流系统故障引起的直流过压问题，可以在故障期间有效的保持直流侧电压在可控范围内，防止直流母线及子模块电容过电压，保证设备安全运行。

2)本发明通过检测判断逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况来确定整流侧是否移相以及移相保持时间，具有原理简单，操作方便、响应速度快等优点。

附图说明

图1是整流侧为LCC换流器，逆变侧高端为LCC换流器、低端为多VSC换流器并联，逆变侧换流器之间为非共站建设的直流输电系统拓扑结构示意图。

图2是整流侧为LCC换流器，逆变侧高端为LCC换流器、低端为多VSC换流器并联，逆变侧换流器之间为共站建设的直流输电系统拓扑结构示意图。

图3是整流侧为LCC换流器，逆变侧高端为多VSC换流器并联、低端为LCC换流器，逆变侧换流器之间为共站建设的直流输电系统拓扑结构示意图。

图4是整流侧和逆变侧高端均为LCC换流器，低端均为多VSC换流器并联的直流输电系统拓扑结构示意图。

图5为本申请的混合级联直流系统的交流系统故障穿越控制方法示意图。

图6为本申请的混合级联直流系统的交流系统故障穿越控制系统示意图。

具体实施方式

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。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图5所示为本发明所提的混合级联直流系统的交流系统故障穿越方法的一个具体实施例，能够有效处理混合级联直流系统中，逆变侧电压源型换流器(VSC)因交流系统故障引起的直流过压问题。通过整流侧临时移相，降低整流侧直流功率，抑制子模块电容过电压，避免并联耗能回路承受过大能量，保证直流系统和设备的安全稳定运行。

本申请所提供的混合级联直流系统的交流系统故障穿越方法适用于逆变侧为混合级联结构的混合级联直流系统，混合级联直流系统的典型拓扑结构如图1～图4所示。其中，图1中逆变侧电流源换流器和电压换流器为非共站建设，即逆变侧同一极中不同换流器分布在不同换流站；图2、图3和图4中逆变侧换流器为共站建设，即逆变侧所有换流器均分布在同一换流站。

图1中，混合级联直流系统包括：整流侧和逆变侧，两者通过两条直流输电线路相连，其中，整流侧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发送给逆变侧，逆变侧用于将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网。整流侧由两个12脉动的晶闸管换流器(电流源型换流器)串联组成，逆变侧包括一组晶闸管换流器和一组电压源型换流器，一组电压源型换流器可由多个电压源型换流器并联组成，晶闸管换流器和电压源型换流器之间通过串联方式连接，电压源型换流器采用模块化多电平换流器。逆变侧采用分站建设，其中两极高端晶闸管换流器对应站2(S2)，两极低端电压源型换流器1(VSC1)对应站3(S3)，两极低端电压源型换流器n(VSCn)对应站n+2(Sn+2)，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。对于站3～站n+2，每站均由两个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，其他站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。

图2中所示混合级联直流系统中，高端为晶闸管换流器，低端为多个电压源型换流器并联，高端和低端之间为串联连接。

图3所示混合级联直流系统中，高端为多个电压源型换流器并联，低端为晶闸管换流器。图4中，整流侧和逆变侧均为混合级联结构。

图1～图4中，逆变侧电压源型换流器并联后还与直流耗能装置并联，从而从一次结构设计方面防止电压源型换流器直流电压或子模块电容电压过压。图2～图4中为混合级联直流系统的简化拓扑结构，主要用于说明不同类型换流器之间的连接关系，因此图中省略了换流变压器直流开关、直流隔刀、平波电抗等元件。

考虑到逆变侧电压源型换流器所连交流系统的发生交流系统故障时，逆变侧电压源型换流器直流侧是否过压与交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况相关，本申请提供了一种混合级联直流系统的交流系统故障穿越控制方法实施例，如图5中所示包括如下步骤：

步骤S1:所述混合级联直流系统逆变侧发生交流系统故障时，根据逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况确定是否生成移相信号。

步骤S2:如逆变侧生成移相信号，则并将其传送给整流侧。

步骤S3:整流侧收到移相信号后，执行相应移相命令。

对于步骤S1，一些实施例中，逆变侧交流系统故障类型的判断方法为：

实时检测电压源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_VSC}和电流源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_LCC}，基于三相电压的瞬时值，通过求取零序电压等方法来确定交流故障类型，故障类型包括交流系统三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。

一些实施例中，逆变侧交流系统故障的严重程度判断方法为：

基于故障相交流电压的幅值、电流源型换流器是否发生换相失败、电压源型换流器直流过压程度来确定故障的严重程度。其中，故障相交流电压的跌落幅度越大，电流源型换流器发生换相失败故障时间越长，电压源型换流器直流过压程度越高，故障越严重。

一些实施例中，混合直流系统运行工况的判断方法为：

基于本极混合直流系统中电压源型换流器的投入个数、电流源型换流器的运行状态(投入或退出)、直流系统运行功率的大小判断混合直流系统的运行工况。

一些实施例中，所述移相信号包括：移相启动信号和移相持续时间。其中，移相启动信号需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}，其中U_{ac_set1}取值为0～0.9p.u.，U_{dc_set1}取值为1.05～1.5p.u.；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时直流系统的运行功率大于或等于设定值。

一些实施例中，所述移相持续时间设定为固定时间长度值，时间长度由系统设计决定，可设置为0～2s之间。

一些实施例中，所述移相持续时间的计算方法为：

根据不同故障类型、故障严重程度及混合直流系统的运行工况，通过查表法确定为不同的时间长度值。

查表方法实例如表1所示，表中根据交流系统故障类型和故障相电压跌落程度可以得到对应移相时间长度T_ij。

表1

步骤S3中执行相应移相命令的过程为：当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相持续时间时，在收到移相启动信号后进入移相状态，满足持续时间后，退出移相状态。

一些实施例中，所述移相信号包括：包括移相启动信号和移相退出信号。

其中，移相启动信号需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}，其中U_{ac_set1}取值为0～0.9p.u.，U_{dc_set1}取值为1.05～1.5p.u.；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时直流系统的运行功率大于或等于设定值。

其中，移相退出信号产生条件为：

逆变侧交流系统电压幅值大于第二交流电压设定值U_{ac_set2}且保持时间T_delay1，或电压源型换流器直流电压小于第二直流电压U_{dc_set2}且保持时间T_delay2；其中，U_{ac_set2}的取值为0.7～0.95p.u.，U_{dc_set2}的取值为1.0～1.05p.u.，T_delay1取值为2～500ms，T_delay2取值为2～500ms。

步骤S3中执行相应移相命令的过程为：当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相退出信号时，收到移相启动信号后进入移相状态，收到移相退出信号后退出移相状态。

一些实施例中，所述移相信号仅包括移相指令信号。

其中，移相指令信号的产生需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}，其中U_{ac_set1}取值为0～0.9p.u.，U_{dc_set1}取值为1.05～1.5p.u.；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时直流系统的运行功率大于或等于设定值。

步骤S3中执行相应移相命令的过程为：当整流侧收到的移相信号为移相指令信号时，在移相指令信号为有效状态时进入移相状态，在移相指令信号为无效状态时退出移相状态。

一些实施例中，所述整流侧执行相应移相命令过程中，触发角的控制方法为：

整流侧在进入移相状态后，将电流源型换流器触发角限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值，alpha_ord1通常在115°至164°之间；

一些实施例中，所述整流侧执行相应移相命令过程中，触发角的控制方法为：

整流侧进入移相状态后，满足特定条件时限定为第二触发角定值alpha_ord2,不满足特定条件时限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；其中，alpha_ord1和alpha_ord2取值通常在115°至164°之间，通常alpha_ord2小于等于alpha_ord1，从而减小移相对直流系统的影响。其中，所述满足特定条件包括：整流侧换流器的直流电流大于设定值I_{dc_set}或直流功率大于设定值P_{dc_set}，I_{dc_set}和P_{dc_set}的取值可在0.01p.u.至0.8p.u.之间。

为进一步说明本发明所提交流故障穿越方法的具体实施过程，假设混合级联直流系统直流额定电压为±800kV，额定功率为8000MW，逆变侧每极低端电压源型换流器个数为3个，alpha_ord2＝120°，alpha_ord1＝164°，直流系统仅在逆变侧交流系统发生三相短路、本极混合直流系统中电压源型换流器投入个数等于2个，且电流源型换流器发生换相失败、电压源型换流器直流侧出现直流过压时才允许整流侧进行移相，移相保持时间为固定延时70ms。

假设整流侧输送功率为3000MW，本极混合直流系统中电压源型换流器投入个数等于2个，逆变侧交流系统发生发生三相短路故障后，一方面引起电压源型换流器因交流侧功率输出受限引起直流电压升高，另一方面引起电流源型换流器换相失败，加剧电压源型换流器的直流过压程度。逆变侧立即生成移相启动信号和移相持续时间(70ms)两个信号送往整流侧，整流侧收到移相启动信号后进入移相状态，保持70ms后再退出移相状态，恢复正常控制。保持移相状态期间，整流侧电流源型换流器触发角在整流侧换流器直流电流大于0.05p.u.时保持120°，在整流侧换流器直流电流小于0.05p.u.时保持164°，当移相过程结束后，恢复正常运行。移相期间，整流侧直流电流逐渐降低为零，从而减小输入逆变侧的直流功率。

另外，一些实施例中，当移相保持时间为恒定值(如70ms)时，当逆变侧发生交流系统故障且需要整流侧进行移相时，逆变侧仅需提供移相启动信号即可。整流侧收到逆变侧提供的移相启动信号后进入移相状态，保持70ms后再退出移相状态。

本申请的一种混合级联直流系统的交流故障穿越控制系统实施例如图6所示，包括数据采集模块、移相信号生成模块和移相控制模块。

数据采集模块，用于采集逆变侧电压源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_VSC}和电流源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_LCC}，采集电压源型换流器直流电压U_{dc_VSC}，检测混合直流系统中电压源型换流器的投入个数、电流源型换流器的运行状态和直流系统的运行功率。

移相信号生成模块，用于在混合级联直流系统逆变侧发生交流系统故障时，根据逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况确定是否生成移相信号；如逆变侧生成移相信号，则将其传送给整流侧。

移相控制模块，基于所接收的移相信号，控制整流侧进入和退出移相状态，移相过程中控制整流侧换流器的触发角大小。

一些实施例中，移相信号生成模块中，移相信号包括移相启动信号和移相持续时间。

一些实施例中，移相信号生成模块中，移相信号包括移相启动信号和移相退出信号。

一些实施例中，移相信号生成模块中，移相信号仅包括移相指令信号。

一些实施例中，移相信号生成模块中移相启动信号或移相指令信号的生成需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时混合直流系统的运行功率大于或等于设定值。

一些实施例中，移相持续时间的设置方法为：设定为固定时间长度值，或根据不同故障类型、故障严重程度及混合直流系统的运行工况，通过查表法确定为不同的时间长度值。

一些实施例中，移相退出信号的产生条件为：

逆变侧交流系统电压幅值大于第二交流电压设定值U_{ac_set2}且保持时间T_delay1，或电压源型换流器直流电压小于第二直流电压U_{dc_set2}且保持时间T_delay2。

一些实施例中，所述移相控制模块，基于所接收的移相信号，控制整流侧进入和退出移相状态，具体为：

当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相持续时间时，在收到移相启动信号后进入移相状态，满足持续时间后，退出移相状态；当收到的移相信号为移相启动信号和移相退出信号时，收到移相启动信号后进入移相状态，收到移相退出信号后退出移相状态；当收到的移相信号为移相指令信号时，在移相指令信号为有效状态时进入移相状态，在移相指令信号为无效状态时退出移相状态。

一些实施例中，所述移相控制模块，移相过程中控制整流侧换流器的触发角大小，具体为：

整流侧在进入移相状态后将电流源型换流器触发角限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；

或者是整流侧进入移相状态后，如果整流侧换流器的直流电流大于直流电流设定值I_{dc_set}或直流功率大于直流功率设定值P_{dc_set}，则将电流源型换流器触发角限定为第二触发角定值alpha_ord2,否则限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；其中，第二触发角定值alpha_ord2小于第一触发角定值alpha_ord1。

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 (15)

1.一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，所述混合级联直流系统包括整流侧和逆变侧，所述逆变侧包括串联连接的一组电流源型换流器和一组电压源型换流器，其特征在于，所述控制方法包括：

所述混合级联直流系统逆变侧发生交流系统故障时，根据逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况确定是否生成移相信号；

如逆变侧生成移相信号，则将其传送给整流侧；

整流侧收到移相信号后，执行相应移相命令。

2.如权利要求1所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，其特征在于，

所述逆变侧交流系统的故障类型判断方法为：实时检测电压源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_VSC}和电流源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_LCC}，基于三相电压值确定交流故障类型，故障类型包括交流系统三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路；

所述故障严重程度判断方法为：基于故障相交流电压的幅值、电流源型换流器是否发生换相失败、电压源型换流器直流过压程度来确定故障的严重程度；

所述混合直流系统的运行工况的判断方法为：基于本极混合直流系统中电压源型换流器的投入个数、电流源型换流器的运行状态、直流系统运行功率的大小判断混合直流系统的运行工况。

3.如权利要求1所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述移相信号的组成采用如下三种方式之一：

方式一：包括移相启动信号和移相持续时间；

方式二：包括移相启动信号和移相退出信号；

方式三：仅包括移相指令信号。

4.如权利要求3所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述移相启动信号或移相指令信号的生成需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时混合直流系统的运行功率大于或等于设定值。

5.如权利要求3所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述移相持续时间的设置方法为：

设定为固定时间长度值，或根据不同故障类型、故障严重程度及混合直流系统的运行工况，通过查表法确定为不同的时间长度值。

6.如权利要求3所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述移相退出信号的产生条件为：

逆变侧交流系统电压幅值大于第二交流电压设定值U_{ac_set2}且保持时间T_delay1，或电压源型换流器直流电压小于第二直流电压U_{dc_set2}且保持时间T_delay2。

7.如权利要求1所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述执行相应移相命令的过程为：

当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相持续时间时，在收到移相启动信号后进入移相状态，满足持续时间后，退出移相状态；

当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相退出信号时，收到移相启动信号后进入移相状态，收到移相退出信号后退出移相状态；

当整流侧收到的移相信号为移相指令信号时，在移相指令信号为有效状态时进入移相状态，在移相指令信号为无效状态时退出移相状态。

8.如权利要求1所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述整流侧执行相应移相命令过程中：

整流侧在进入移相状态后将电流源型换流器触发角限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；

或者是整流侧进入移相状态后，如果整流侧换流器的直流电流大于直流电流设定值I_{dc_set}或直流功率大于直流功率设定值P_{dc_set}，则将电流源型换流器触发角限定为第二触发角定值alpha_ord2,否则限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；其中，第二触发角定值alpha_ord2小于第一触发角定值alpha_ord1。

9.一种混合级联直流系统的交流故障穿越控制系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集逆变侧电压源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_VSC}和电流源型换流器所连交流电网的三相交流电压u_{abc_LCC}，采集电压源型换流器直流电压U_{dc_VSC}，检测混合直流系统中电压源型换流器的投入个数、电流源型换流器的运行状态和直流系统的运行功率；

移相信号生成模块，用于在混合级联直流系统逆变侧发生交流系统故障时，根据逆变侧交流系统的故障类型、故障严重程度以及混合直流系统的运行工况确定是否生成移相信号；如逆变侧生成移相信号，则将其传送给整流侧；

移相控制模块，基于所接收的移相信号，控制整流侧进入和退出移相状态，移相过程中控制整流侧换流器的触发角大小。

10.如权利要求9所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越控制系统，其特征在于，所述移相信号生成模块中，移相信号的组成采用如下三种方式之一：

方式一：包括移相启动信号和移相持续时间；

方式二：包括移相启动信号和移相退出信号；

方式三：仅包括移相指令信号。

11.如权利要求10所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越控制系统，其特征在于，所述移相信号生成模块中移相启动信号或移相指令信号的生成需同时满足以下三个条件：

(1)故障类型需满足：故障类型属于三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路中的一种或多种；

(2)故障严重程度需满足：故障导致故障相交流电压的幅值低于第一交流电压设定值U_{ac_set1}，或电流源型换流器发生换相失败，或电压源型换流器直流电压超过第一直流电压设定值U_{dc_set1}；

(3)混合直流系统的运行工况需满足：混合直流系统一极中电压源型换流器投入的个数小于或等于设定值，同时混合直流系统的运行功率大于或等于设定值。

12.如权利要求10所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越系统，其特征在于，所述移相持续时间的设置方法为：

设定为固定时间长度值，或根据不同故障类型、故障严重程度及混合直流系统的运行工况，通过查表法确定为不同的时间长度值。

13.如权利要求10所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越系统，其特征在于，所述移相退出信号的产生条件为：

逆变侧交流系统电压幅值大于第二交流电压设定值U_{ac_set2}且保持时间T_delay1，或电压源型换流器直流电压小于第二直流电压U_{dc_set2}且保持时间T_delay2。

14.如权利要求9所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越系统，其特征在于，所述移相控制模块，基于所接收的移相信号，控制整流侧进入和退出移相状态，具体为：

当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相持续时间时，在收到移相启动信号后进入移相状态，满足持续时间后，退出移相状态；当整流侧收到的移相信号为移相启动信号和移相退出信号时，收到移相启动信号后进入移相状态，收到移相退出信号后退出移相状态；当整流侧收到的移相信号为移相指令信号时，在移相指令信号为有效状态时进入移相状态，在移相指令信号为无效状态时退出移相状态。

15.如权利要求9所述的一种混合级联直流系统的交流故障穿越系统，其特征在于，所述移相控制模块，移相过程中控制整流侧换流器的触发角大小，具体为：

整流侧在进入移相状态后将电流源型换流器触发角限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；

或者是整流侧进入移相状态后，如果整流侧换流器的直流电流大于直流电流设定值I_{dc_set}或直流功率大于直流功率设定值P_{dc_set}，则将电流源型换流器触发角限定为第二触发角定值alpha_ord2,否则限定为第一触发角定值alpha_ord1，在退出移相状态后将换流器触发角恢复为正常值；其中，第二触发角定值alpha_ord2小于第一触发角定值alpha_ord1。

Images