CN114759553A - 一种背靠背换流系统及换流器单侧退出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种背靠背换流系统及换流器单侧退出方法，该方法包括：将所述换流系统的有功功率和无功功率分别按照预设速率降为零值；将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制为零值；闭锁待退出换流器，断开该侧的网侧进线开关，以将该待退出换流器退出；分开双侧换流器各侧的直流母线隔离刀闸；将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制至额定值，控制其以STATCOM方式运行。本发明的技术方案能够在需要闭锁单侧换流器时，迅速将柔性直流背靠背系统由双侧HVDC功率传输方式切换至单侧STATCOM运行方式，提高了背靠背换流系统运行的灵活性，降低了闭锁后重启系统对主设备的冲击。
Description
技术领域
本发明实施例涉及柔性直流输电工程技术领域，尤其涉及一种背靠背换流系统及换流器单侧退出方法。
背景技术
与传统高压直流输电相比，柔性直流输电具有独立控制有功功率和无功功率的特点，能够更方便地进行潮流反转，无换相失败问题，不需要配置交直流滤波器，还具有交流故障时快速调节、无功支撑交流电压恢复等优点。目前，柔性直流输电技术的应用范围也越来越多，包括远距离大容量输电，直流背靠背联网以及分布式新能源并网等应用场景。
在柔性直流输电背靠背系统中，由于某一侧换流器的相关故障导致直流系统停运，通常也会导致对侧换流器同步闭锁停运，此时由运行人员手动操作分开直流母线隔离刀闸，故障侧隔离后，再对无故障的换流器进行充电，以STATCOM运行方式操作至运行状态。但是，这种方式降低了柔直直流输电系统的运行灵活性和可靠性，增加了对换流器侧变压器、充电电阻、换流阀等主设备重新充电启动的冲击。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明实施例的目的在于提供一种背靠背换流系统及换流器单侧退出方法，该方法能够将柔性直流背靠背系统由双侧HVDC功率传输方式切换至单侧STATCOM运行方式，在单侧换流器发生故障紧急停运，或者需要进行检修操作时，另外一侧换流器只需由控制逻辑自动将电压、电流降至零值，配合隔离故障侧后自动转为单侧STATCOM方式继续运行，提高了系统的灵活性，降低了对主设备的冲击。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种背靠背换流系统换流器单侧退出方法，其特征在于，所述背靠背换流系统包括双侧换流器，每侧换流器分别接入不同的交流系统，该双侧换流器通过直流母线相互连接；所述方法包括步骤：
S1、将所述换流系统的有功功率和无功功率分别按照预设速率降为零值；
S2、将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制为零值；
S3、闭锁待退出换流器，断开该侧的网侧进线开关，以将该待退出换流器退出；
S4、分开双侧换流器各侧的直流母线隔离刀闸；
S5、将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制至额定值，控制其以STATCOM方式运行。
进一步的，当由于单侧换流器故障而执行该方法时，执行所述步骤S2、S4和S5。
进一步的，所述背靠背换流系统在换流器单侧退出前进行双侧HVDC功率传输。
进一步的，所述双侧换流器中的每侧换流器为全桥拓扑结构或者全桥与半桥混合拓扑结构。
进一步的，采用闭环控制器将有功功率和无功功率按照预设速率降为零值。
进一步的，采用闭环控制器将直流电压控制为零值。
进一步的，所述STATCOM方式运行包括：
控制直流电压在额定1.0标幺，根据无功功率目标值或交流电压目标值调整无功功率输出。
根据本发明的另一个方面，提供了一种背靠背换流系统，包括：
双侧换流器，每侧换流器分别接入不同的交流系统，该双侧换流器通过直流母线相互连接；所述双侧换流器中的每侧换流器包括变压器、电抗器和功率变换模块，所述变压器的一端连接交流系统，另一端通过电抗器与功率变换模块连接；
所述功率变换模块为全桥拓扑结构或者全桥与半桥混合拓扑结构
控制器，所述控制器与各换流器连接，用于向所述换流器输出调制信号，以控制所述各换流器的输出功率和输出电压；所述控制器还用于执行如本发明第一个方面所述的换流器单侧退出方法。
进一步的，还包括：
网侧进线开关，所述变压器通过该网侧进行开关连接至交流系统的母线；
直流母线隔离刀闸，所述换流器通过该直流母线隔离刀闸连接至直流母线。
进一步的，当单侧换流器故障时，或者需要对换流器系统进行检修时，所述控制器执行上述换流器单侧退出方法。
综上所述，本发明实施例提供了一种背靠背换流系统及换流器单侧退出方法，该退出方法包括步骤：将所述换流系统的有功功率和无功功率分别按照预设速率降为零值；将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制为零值；闭锁待退出换流器，断开该侧的网侧进线开关，以将该待退出换流器退出；分开双侧换流器各侧的直流母线隔离刀闸；将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制至额定值，控制其以STATCOM方式运行。本发明实施例提供的技术方案，能够单侧换流器发生故障紧急停运，或者需要进行检修操作需要闭锁单侧换流器时，迅速将柔性直流背靠背系统由双侧HVDC功率传输方式切换至单侧STATCOM运行方式，待退出的对侧换流器只需由控制逻辑自动将电压、电流降至零值，配合隔离故障侧后自动转为单侧STATCOM方式继续运行，从而提高了背靠背换流系统运行的灵活性，降低了闭锁后重启系统对主设备的冲击。
附图说明
图1是本发明实施例背靠背换流系统的主接线图；
图2是本发明实施例功率变换模块的电路示意图；
图3是本发明实施例背靠背换流系统换流器单侧退出方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
需要说明的是，除非另外定义，本发明一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。本发明的实施例，提供了一种背靠背换流系统。图1中示出了本发明该实施例背靠背换流系统的主接线图，背靠背换流系统包括双侧换流器，图1中示出了其中的一侧换流器的接线，另外一侧换流器与图1中示出的换流器接线相同并且对称。每侧换流器分别接入不同的交流系统，双侧换流器之间通过直流母线相互连接。所述双侧换流器中的每侧换流器包括变压器、电抗器和功率变换模块，所述变压器的一端连接交流系统，另一端通过电抗器与功率变换模块连接。系统还包括网侧进线开关(图1中未示出)，所述变压器通过该网侧进线开关连接至交流系统的母线；直流母线隔离刀闸，例如图1中所示的Q1和Q2，换流器通过该直流母线隔离刀闸连接至直流母线。背靠背换流系统通常运行于双侧HVDC功率传输方式下，双侧HVDC功率传输方式下有功功率是双侧耦合同步的概念，功率由整流侧输送，逆变侧接受。其中，功率变换模块为全桥拓扑结构或者全桥与半桥混合拓扑结构，图2中示出了功率变换模块的电路示意图。如图2所示，功率变换模块的每个相单元由上下两个桥臂单元组成，每个桥臂单元由n个子模块串联组成，每个桥臂内部为半桥模块和全桥模块混合构成，全桥与半桥模块比例不受限制，该半桥子模块包括T1和T2两个IGBT功率器件，对应并接T1和T2上的D1和D2两个反并联二极管及一电容C，该全桥子模块包括按照逆时针依次连接的T1、T2、T3、T4四个IGBT功率器件，对应并接T1、T2、T3、T4上的D1、D2、D3、D4四个反并联二极管及一电容C,L为桥臂电抗、Udc为直流电压。换流器直流侧正负极分别配置隔离刀闸Q1和Q2与另一侧换流器联接。该系统还可以包括控制器，控制器与各换流器连接，用于向所述换流器输出调制信号，以控制所述各换流器的输出功率和输出电压；所述控制器可以用于执行换流器单侧退出方法。
本发明的实施例，还提供了一种用于上述实施例所述的背靠背换流系统的换流器单侧退出方法，图3中示出了该方法的流程图，例如在开展计划内的单侧换流器退出等检修工作时，可以实施该方法实现单侧换流器退出，包括如下步骤：
首先运行人员将柔性直流背靠背系统的换流器直流母线隔离刀闸Q1和Q2合上，以HVDC功率传输方式操作至运行状态。通常柔性直流系统整流侧控制直流电压，逆变侧控制直流功率。无功控制模式可灵活选择“定无功控制”和“交流电压控制”。柔性直流功率控制由外环控制和内环控制组成。外环产生参考电流指令，内环电流控制根据矢量控制原理，通过一系列的处理产生换流器输出的三相参考电压，调制为六路桥臂电压参考值，发送至阀控单元执行。
S1、将所述换流系统的有功功率和无功功率分别按照预设速率降为零值。该步骤中，可以根据运行人员下发的单侧换流器退出指令，将有功功率按预设速率降至零值，双侧换流器无功功率也按照预设速率将无功输出降为零值。该预设速率是可以根据实际需要设置，在此不做具体限定，但若考虑减小对交流系统的冲击，该预设速率可设置为较低速率。可以通过闭环控制器实现将有功功率和无功功率降为零值，通过功率斜率发生器根据设置的变化速率实时产生功率参考值，并将实时参考值与实际功率值的差值作为闭环控制器的输入，输出相应的调制波至阀控系统，从而实时调节功率输出值。
S2、将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制为零值。可以通过闭环控制器实现将对侧换流器的直流电压控制为零值，将电压目标值与实际电压值的差值作为闭环控制器输入，输出相应的调制波至阀控系统，实时调节直流电压实际值降至零。
S3、闭锁待退出换流器，断开该侧的网侧进线开关，以将该待退出换流器退出。闭锁可以通过换流阀阀控系统不再向换流阀功率模块下发调制波指令，断开开关可以由控制系统通过操作机构将进线开关分开。
S4、分开双侧换流器各侧的直流母线隔离刀闸；
S5、将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制至额定值，控制其以STATCOM方式运行。此处，以STATCOM方式运行是指柔性直流控制器控制直流电压在额定1.0标幺，根据运行人员下发的无功功率目标值或交流电压目标值调整无功功率输出的运行方式。控制直流电压至额定值是通过闭环控制器实现，电压目标值为额定值1.0标幺与实际值的差值作为闭环控制器输入，输出相应的调制波至阀控系统，实时调节直流电压实际值至额定目标值。
根据某些实施例，还可以当单侧换流器出现故障需要在线退出时，也可以通过执行该方法实现单侧换流器退出，此时只需要执行上述步骤中的S2、S4和S5即可。由于当任一侧换换流器侧变压器、换流阀、桥臂电抗等设备发生故障而导致保护动作跳闸时，有功功率和无功功率会快速降为零值，即故障引起保护动作跳闸的结果是闭锁换流器，跳开网侧进线开关，从而使得有功功率和无功功率自动降为零值。此时换流阀阀控系统停止向换流阀功率模块下发调制波指令，换流阀的IGBT功率器件不再周期性开通，从而故障侧换流器闭锁，跳开网侧进线开关。该实施例中，执行步骤S2、S4和S5的具体过程与上述实施例中所述的相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例涉及一种背靠背换流系统及换流器单侧退出方法，该退出方法包括步骤：将所述换流系统的有功功率和无功功率分别按照预设速率降为零值；将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制为零值；闭锁待退出换流器，断开该侧的网侧进线开关，以将该待退出换流器退出；分开双侧换流器各侧的直流母线隔离刀闸；将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制至额定值，控制其以STATCOM方式运行。本发明实施例提供的技术方案，能够单侧换流器发生故障紧急停运，或者需要进行检修操作需要闭锁单侧换流器时，迅速将柔性直流背靠背系统由双侧HVDC功率传输方式切换至单侧STATCOM运行方式，待退出的对侧侧换流器只需由控制逻辑自动将电压、电流降至零值，配合隔离故障侧后自动转为单侧STATCOM方式继续运行，从而提高了背靠背换流系统运行的灵活性，降低了闭锁后重启系统对主设备的冲击。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种背靠背换流系统换流器单侧退出方法，其特征在于，所述背靠背换流系统包括双侧换流器，每侧换流器分别接入不同的交流系统，该双侧换流器通过直流母线相互连接；所述方法包括步骤：
S1、将所述换流系统的有功功率和无功功率分别按照预设速率降为零值；
S2、将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制为零值；
S3、闭锁待退出换流器，断开该侧的网侧进线开关，以将该待退出换流器退出；
S4、分开双侧换流器各侧的直流母线隔离刀闸；
S5、将待退出换流器的对侧换流器的直流电压控制至额定值，控制其以STATCOM方式运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当由于单侧换流器故障而执行该方法时，执行所述步骤S2、S4和S5。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述背靠背换流系统在换流器单侧退出前进行双侧HVDC功率传输。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述双侧换流器中的每侧换流器为全桥拓扑结构或者全桥与半桥混合拓扑结构。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用闭环控制器将有功功率和无功功率按照预设速率降为零值。
6.根据权利要求5述的方法，其特征在于，采用闭环控制器将直流电压控制为零值。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述STATCOM方式运行包括：
控制直流电压在额定1.0标幺，根据无功功率目标值或交流电压目标值调整无功功率输出。
8.一种背靠背换流系统，其特征在于，包括：
双侧换流器，每侧换流器分别接入不同的交流系统，该双侧换流器通过直流母线相互连接；所述双侧换流器中的每侧换流器包括变压器、电抗器和功率变换模块，所述变压器的一端连接交流系统，另一端通过电抗器与功率变换模块连接；
所述功率变换模块为全桥拓扑结构或者全桥与半桥混合拓扑结构
控制器，所述控制器与各换流器连接，用于向所述换流器输出调制信号，以控制所述各换流器的输出功率和输出电压；所述控制器还用于执行如权利要求1-7中任意一项所述的换流器单侧退出方法。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
网侧进线开关，所述变压器通过该网侧进行开关连接至交流系统的母线；
直流母线隔离刀闸，所述换流器通过该直流母线隔离刀闸连接至直流母线。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，当单侧换流器故障时，或者需要对换流器系统进行检修时，所述控制器执行上述换流器单侧退出方法。
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