CN117134402A - 直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法 - Google Patents

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CN117134402A CN202210555480.2A CN202210555480A CN117134402A CN 117134402 A CN117134402 A CN 117134402A CN 202210555480 A CN202210555480 A CN 202210555480A CN 117134402 A CN117134402 A CN 117134402A
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汪楠楠
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Abstract

本申请提供一种直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法，所述耗储一体换流器包括至少一个耗能子模块和至少一个储能子模块，所述耗能子模块和所述储能子模块串联连接后，连接于直流线路，其中：所述储能子模块用于存储所述直流输电系统的盈余功率；所述耗能子模块用于消耗所述盈余功率；所述储能子模块和所述耗能子模块配合，用于支撑电网调频调功需求。既能解决受端电网故障时直流过电压问题，同时降低新能源波动对电网的影响，提升新能源对电网调频调功的支撑。

Description

直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法
技术领域
本申请涉及电力系统直流输电技术领域，具体而言，涉及一种直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法。
背景技术
大规模新能源发电是实现双碳目标和能源转型的关键，也是根本，是构建我国现代能源体系不可或缺的一环。而大规模风光基地和大型海上风电集中送出能够节约投资成本、提高传输效率，直流输电以输电传输距离长、传输容量高、输电走廊小、损耗低成为大规模风光基地和大型海上风电基地电力外送的主要技术之一。
随着大规模新能源基地不断涌现，大规模新型能源通过直流传输成为电网发展趋势。新能源直流输电受端电网故障时，交流电网不能将新能源功率送出，导致新能源功率累计在直流侧导致直流过电压跳闸，影响系统运行和可靠性。因此以往海上风电柔直工程均通过配置直流耗能解决直流过压问题，例如专利CN113839409A提出一种模块化分布式电阻耗能装置，专利CN109873441A提出一种分布式直流耗能装置，但耗能装置无法存储功率，会导致能量浪费。
未来随着新能源的比例逐渐增高，在建设新型电力系统的背景下，新能源采用直流输电方式并入电力系统，由于它们均为非同步机性质电源，不具备同步机固有的功角稳定能力，势必对电网构成挑战；另外由于新能源并网功率的波动性较大，在电力系统接纳有限的情况下，新能源受限于自然条件，缺乏参与电网调频调功调峰支撑问题越来越严重。有学者专家提出全直流储能方案，但全直流储能方案存在占地大、造价高、储能设备储满完成后发生功率盈余造成系统停用等问题。
因此需要提出一种既能解决受端电网故障时直流过电压问题，又能降低新能源波动对电网的影响，提升新能源对电网调频调功的支撑的新型解决方案。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本申请旨在提供直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法，既能解决受端电网故障时直流过电压问题，同时降低新能源波动对电网的影响，提升新能源对电网调频调功的支撑。
根据本申请的一方面，提出一种直流输电系统用的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗储一体换流器包括至少一个耗能子模块和至少一个储能子模块，所述耗能子模块和所述储能子模块串联连接后，连接于直流线路，其中：
所述储能子模块用于存储所述直流输电系统的盈余功率；
所述耗能子模块用于消耗所述盈余功率；
所述储能子模块和所述耗能子模块配合，用于支撑电网调频调功需求。
根据一些实施例，所述耗能子模块包括直流电容支路、第一旁路支路和耗能支路，其中：
所述直流电容支路、所述旁路支路和所述耗能支路并联；
所述直流电容支路包括第一直流电容；
所述第一旁路支路包括并联连接的第一旁路开关和转折晶闸管；
所述耗能支路包括串联连接的耗能功率单元和耗能电路。
根据一些实施例，所述耗能功率单元包括反向并联的可控半导体和第一二极管，所述耗能电路包括并联连接的耗能电阻和第二二极管。
根据一些实施例，所述耗能子模块还包括第一功率单元，其中：
所述第一功率单元与所述直流电容支路并联；
所述第一功率单元包括串联连接的第一开关模块和第二开关模块；
所述第二开关模块与所述第一旁路开关并联。
根据一些实施例，所述第一开关模块和所述第二开关模块分别包括二极管，或者反向并联的可关断半导体和二极管；
所述转折晶闸管的阳极与所述第二开关模块的二极管的阳极电连接；
所述转折晶闸管的阴极与所述第二开关模块的二极管的阴极电连接。
根据一些实施例，所述耗能子模块还包括第一接线端子和第二接线端子，所述第一接线端子与所述转折晶闸管的阴极电连接，所述第二接线端子与所述转折晶闸管的阳极电连接。
根据一些实施例，所述储能子模块包括并联连接的半桥子模块和储能单元，其中：
所述半桥子模块包括第二功率单元、第二直流电容和第二旁路支路，所述第二功率单元和所述第二直流电容并联，所述第二功率单元包括串联连接的第三开关模块和第四开关模块，所述第四开关模块与所述第二旁路支路并联，所述第二旁路支路包括并联连接的第二旁路开关和晶闸管；
所述储能单元包括串联连接的储能元件和直流旁路开关，所述储能元件的正极与所述第二直流电容的正极电连接，所述储能元件的负极与所述第二直流电容的负极电连接。
根据一些实施例，所述第三开关模块和所述第四开关模块分别包括反向并联的可关断半导体和二极管；
所述第四开关模块的二极管的阴极与所述第二旁路支路的晶闸管的阴极电连接，所述第四开关模块的二极管的阳极与所述第二旁路支路的晶闸管的阳极电连接。
根据一些实施例，所述储能子模块包括第三接线端子和第四接线端子，所述第三接线端子电连接所述第二旁路支路的晶闸管的阴极，所述第四接线端子电连接所述第二旁路支路的晶闸管的阳极。
根据一些实施例，所述储能元件包括串联连接的电池、梯次电池、超级电容、飞轮储能、气体压缩储能或它们的任意组合。
根据一些实施例，还包括：
在交流系统需要直流输电系统提供更多功率支撑系统频率的情况下，投切所述储能子模块的第三开关模块的可关断半导体；
在交流系统需要直流输电系统减少注入功率或者降低系统频率的情况下，通过电流控制或者投切所述储能子模块的第四开关模块的可关断半导体；
在所述储能子模块的能量越限后，投入所述耗能子模块的耗能支路吸收功率。
根据本申请的另一方面，一种直流输电系统用的耗储一体换流器控制方法，所述控制方法包括：
响应于直流电压升高，计算盈余功率；
根据所述盈余功率，计算冗余能量；
计算储能可吸收最大能量；
比较所述冗余能量与所述储能可吸收最大能量的大小，获得比较结果；
基于所述比较结果，投入储能子模块或/和耗能子模块。
根据一些实施例，所述计算盈余功率包括：
根据当前直流系统送端输送功率、故障期间受端换流站实际输送功率和直流电缆和换流站损耗计算所述盈余功率。
根据一些实施例，所述根据所述盈余功率，计算冗余能量包括：
根据所述盈余功率和系统故障穿越耐受时间计算冗余能量。
根据一些实施例，所述计算储能可吸收最大能量包括：
通过计算所述储能子模块的储能单元的荷电状态得到所述储能可吸收最大能量。
根据一些实施例，所述基于所述比较结果，投入储能子模块或/和耗能子模块包括：
在所述储能可吸收最大能量大于等于所述冗余能量的情况下，投入所述储能子模块；
在所述储能可吸收最大能量小于所述冗余能量的情况下，投入所述储能子模块和耗能子模块。
根据一些实施例，还包括：
根据所述冗余能量、所述储能可吸收最大能量和所述系统故障穿越耐受时间计算耗能需要吸收功率，根据所述耗能需要吸收功率和一个所述耗能子模块的功率计算投入所述储能子模块的个数；
根据所述储能子模块的荷电状态控制计算计算投入所述储能子模块的个数。
根据一些实施例，还包括：
在交流系统需要直流输电系统提供更多功率支撑系统频率的情况下，通过电流控制投切所述储能子模块。
本申请提供一种直流输电系统用的耗储一体化换流器及其控制方法，适用于大规模新能源直流输电系统，特别适用于海上风电直流输电系统，利用耗储一体换流器将盈余功率储能在储能子模块，且储能子模块能够有效平滑新能源固有的波动、提供电网需要的功率和频率支撑；在储能子模块满额状态下，由配置的耗能子模块个数M满足单相和相间故障穿越需求，满足三相故障穿越需求，提高柔直运行稳定性。
本申请提供一种直流输电系统用的耗储一体化换流器及其控制方法，耗储一体换流器能够克服纯储能换流器造价贵，且纯储能换流器储能储满后不具备盈余功率消耗能力引起直流系统停运的问题。
本申请提供一种直流输电系统用的耗储一体化换流器及其控制方法，耗储一体换流器能够有效平抑新能源波动、提升故障穿越能力，提高系统安全可靠性，同时结合储能和耗能优势，可以降低海上风电和大规模新能源传输造价，推进海上风电平价上网。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，而不是对本申请的限制。
图1示出一示例性实施例的一种带耗储一体换流器的新能源直流传输系统组成示意图；
图2示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器示意图；
图3示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中耗能子模块的示意图；
图4a示出示例性的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中耗能子模块的示意图的又一实施例；
图4b示出示例性的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中耗能子模块的示意图的又一实施例；
图5示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中储能子模块的示意图；
图6示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体换流器的控制方法流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
随着大规模新能源基地不断涌现，传统的能源体系和电网逐步向新型能源体系和新型电网发展。新能源依赖风光自然条件，大规模风光新能源通过直流传输时，均缺少频率和功率支撑能力。为了防止直流系统受端交流电网故障时因功率盈余导致系统停用，现有海上风电直流系统在直流侧配置耗能换流器消耗盈余功率，但是耗能换流器消耗的能量不能存储，同时耗能系统不能够有效释放能量，实现平滑新能源固有的波动，在交流电网需要频率和功率支撑时更难以提供额外功率来支撑系统频率。因此，有学者提出采用全直流储能方案，但是全储能方案造价贵；且全储能方案在储能能量存储满额后，如果发生功率盈余，将造成直流系统停用，降低抵御电网故障的可靠性。
针对现有大规模新能源直流传输问题，本申请提出一种直流输电系统用的耗储一体化换流器及其控制方法，耗储一体换流器能够有效平移新能源波动、提升故障穿越能力，提高系统安全可靠性，同时结合储能和耗能优势，降低海上风电和大规模新能源传输造价，推进海上风电平价上网。
下面结合实施例对提出一种直流输电系统用的耗储一体化换流器及其控制方法进行详细说明。
图1示出一示例性实施例的一种带耗储一体换流器的新能源直流传输系统组成示意图。
如图1所示，带耗储一体换流器的新能源直流传输系统包括风电场210、送端直流换流站211、受端直流换流站213、耗储一体换流器212和受端电网214。该新能源直流传输系统主要将大规模风电场新能源送到受端电网。
根据一些实施例，当受端电网214故障时，因风电场210功率不能突变，送端风电场210持续提供功率，但214因交流电网电压跌落故障导致功率无法传输，造成直流系统功率盈余，功率盈余时若不采取措施会造成直流电压上升跳闸引起直流系统停运.为避免直流系统停运，根据直流电压和盈余功率投入耗储一体化换流器212，消耗盈余功率。
图2示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器示意图。
如图2所示，耗储一体化换流器包括M个耗能子模块201和N个储能子模块203，M个耗能子模块2011-201M和N个储能子模块2031-203N串联，串联后连接于直流母线或线路。
正常运行时通过排序控制实现M个耗能子模块电压和N个储能子模块电压平衡；通过控制N个储能子模块支撑电网调频调峰调频，平滑新能源波动；控制储能子模块消耗存储盈余功率，剩余盈余功率由耗能子模块消耗，实现直流系统电压稳定；耗能子模块个数M由故障穿越需求决定，储能子模块个数N由电网支撑需求决定。
根据示例实施例，耗能子模块201包括直流电容支路、旁路支路以及耗能支路。
根据示例实施例，储能子模块203包括功率单元、直流电容、旁路开关、第一直流开关单元以及储能单元。
图3示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中耗能子模块的示意图。
如图3所示，耗能子模块201包括直流电容支路、第一旁路支路以及耗能支路，直流电容支路、第一旁路支路和耗能支路相互并联，其中：直流电容支路包括第一直流电容306；第一旁路支路包括第一旁路开关307和转折晶闸管308，其中，第一旁路开关307和转折晶闸管308并联；耗能支路包括耗能第一功率单元305与耗能电路309，耗能第一功率单元305和耗能电路309串联，耗能第一功率单元305包括反向并联的可控半导体301和二极管302，耗能电路309包括耗能电阻303和二极管304。
根据示例实施例，二极管302的阳极与二极管304的阴极串联，二极管304的阴极与转折晶闸管308的阴极电连接。
根据示例实施例，耗能子模块包括第一接线端子X1和第二接线端子X2，与第一旁路开关307并联，第一接线端子X1电连接转折晶闸管308的阴极，第二接线端子X2电连接转折晶闸管308的阳极，第一接线端子X1和第二接线端子X2用于与其他耗能子模块串联。
根据示例实施例，导通耗能支路第一功率单元的可控半导体301，将耗能电阻303投入消耗能量，单个耗能子模块消耗功率Pch为：
Pch＝(Ucmch)2/R
其中，Ucmch为耗能子模块的电压，R为耗能电阻303。
图4a示出示例性的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中耗能子模块的示意图的又一实施例。
如图4a所示，耗能子模块包括第一功率单元、直流电容支路、第一旁路支路以及耗能支路。
根据示例实施例，直流电容支路包括第一直流电容306；第一旁路支路包括第一旁路开关307和转折晶闸管308，其中，第一旁路开关307和转折晶闸管308并联；耗能支路包括耗能第一功率单元305与耗能电路309，耗能第一功率单元305和耗能电路309串联，耗能第一功率单元305包括可控半导体301和二极管302，耗能电路309包括耗能电阻303和二极管304；第一功率单元包括第一开关模块M1和第二开关模块M2，第一开关模块M1和第二开关模块M2串联。
根据示例实施例，二极管302的阳极与二极管304的阴极串联，二极管304的阳极与转折晶闸管308的阳极电连接。
根据示例实施例，第一功率单元、第一旁路支路和耗能支路并联，第一旁路开关307和第二开关模块M2并联。
根据示例实施例，耗能子模块包括第一接线端子X1和第二接线端子X2，与第一旁路开关307并联，第一接线端子X1电连接转折晶闸管308的阴极，第二接线端子X2电连接转折晶闸管308的阳极，第一接线端子X1和第二接线端子X2用于与其他耗能子模块串联。
根据示例实施例，第一开关模块M1是二极管309，第二开关模块M2是二极管310。
根据示例实施例，二极管309的阳极与二极管310的阴极串联，二极管310的阳极与第二接线端子X2电连接。
根据示例实施例，导通耗能支路第一功率单元的可控半导体301，将耗能电阻303投入消耗能量，单个耗能子模块消耗功率Pch为：
Pch＝(Ucmch)2/R
其中，Ucmch为耗能子模块的电压，R为耗能电阻303。
图4b示出示例性的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中耗能子模块的示意图的又一实施例。
图4b所示的电路与图4a所示的电路基本相同，区别在于：图4b中，第一开关模块M1包括反向并联的可关断半导体311和二极管309，第二开关模块M2包括反向并联的可关断半导体312和二极管310。
图5示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体化换流器中储能子模块的示意图。
如图5所示，储能子模块包括并联的半桥子模块413和储能单元405；其中，半桥子模块413包括第二功率单元、第二直流电容406和第二旁路支路；第二功率单元和第二直流电容406并联；第二旁路支路包括并联连接的旁路开关407和晶闸管408。
根据示例实施例，第二功率单元包括第三开关模块M3和第四开关模块M4，第三开关模块M3与第四开关模块M4串联；旁路开关407与第四开关模块M4并联。
根据示例实施例，第一开关模块(M1)包括反向并联的可关断半导体411和二极管409，第四开关模块M4包括反向并联的可关断半导体412和二极管410。
根据示例实施例，储能子模块包括第三接线端子X3和第四接线端子X4，与旁路开关407并联，第三接线端子X3电连接转折晶闸管408的阴极，第四接线端子X4电连接转折晶闸管408的阳极，第三接线端子X3和第四接线端子X4用于与其他储能子模块串联。
根据一些实施例，储能单元405包括储能元件401和直流旁路开关402，储能元件401的正极连接直流旁路开关402后，与第二直流电容406的正极相连，储能元件401的负极与第二直流电容406的负极相连。
根据一些实施例，储能单元401包括串联连接的电池、梯次电池、超级电容、飞轮储能、气体压缩储能或它们的任意组合。
根据一些实施例，考虑无源储能元件投入需求，直流旁路开关402并联启动回路，启动回路包括串联连接的启动电阻403和开关404。
根据一些实施例，第二直流电容406与储能元件401连接时，首先闭合开关404将启动电阻403串联，避免储能元件401通过电容短路，当第二直流电容406充电完成后，闭合直流开关402并断开开关404，切除启动电阻403。
根据一些实施例，考虑保护储能设备，第二直流电容406和储能元件401间增加熔断丝414，发生过流时熔断丝414熔断可以保护储能元件401。
以图1为例，当受端交流电网214发生故障，根据直流输电系统直流电压和直流输电系统盈余功率确定投入图2所示的耗储一体换流器中耗能子模块个数和储能子模块个数，消耗盈余功率。
图6示出一示例性实施例的一种直流输电系统用的耗储一体换流器的控制方法流程图。
如图6所示，故障期间根据直流输电系统直流电压和直流输电系统盈余功率确定投入耗能子模块个数和储能子模块个数，消耗盈余功率。
S610，耗储一体换流器运行。
根据示例实施例，直流输电系统用的耗储一体换流器运行。
S620，检测到直流电压升高。
根据示例实施例，监测到受端交流电网发生故障，直流电压升高。
S630，计算盈余功率和冗余能量。
根据示例实施例，根据系统故障穿越耐受时间需求、直流电压和送受端功率计算盈余功率大小，计算盈余功率，计算方法为：
Prest＝Psend-Pdc-Ploss
其中，Prest为盈余功率，Psend为当前直流系统送端输送功率，Pdc为故障期间受端换流站实际输送功率，Ploss是直流电缆和换流站损耗，一般可设定Ploss＝0。
根据示例实施例，根据计算的盈余功率Prest和系统故障穿越耐受时间Ts，计算需要存储的冗余能量：
Wrest＝Prest*Ts
其中，Wrest为冗余能量。
根据一些实施例，系统故障穿越耐受时间Ts由风机接入系统穿越决定，至少取625ms。
根据示例实施例，耗储一体换流器实时计算剩余储能单元荷电状态(SOC)，计算出储能可吸收最大能量Wbat。
S640，判断储能可吸收最大能量Wbat是否大于等于冗余能量Wrest。
根据示例实施例，判断储能剩余能量Wbat是否大于等于冗余能量Wrest，冗余能量即盈余功率最大故障穿越需求能量。
S650，投入储能子模块吸收盈余功率。
根据示例实施例，如果储能可吸收最大能量Wbat大于等于冗余能量Wrest，则通过电压控制投入储能子模块吸收盈余功率。
S660，投入储能子模块和耗能子模块吸收盈余功率。
根据示例实施例，如果储能可吸收最大能量Wbat小于冗余能量Wrest，则多余的能量由耗能子模块吸收，则需要计算投入的储能子模块与耗能子模块的数量，其中：
投入耗能子模块的个数为n＝Pch_all/Pch，
其中，Pch为每个耗能子模块的功率，Pch_all为耗能需要吸收功率，Pch_all＝(Wrest-Wbat)/Ts。
投入储能子模块的个数由储能SOC控制算出，可以根据电压控制或者电流控制PI环进行计算。
S670，退出耗储一体换流器。
根据示例实施例，交流故障清除，直流电压恢复，退出耗储一体换流器。
根据一些实施例，可以依据系统故障穿越的需求配置耗能子模块的个数M，先假定储能子模块能量处于满容状态，无法储能：
1)系统需要穿越单相故障并重启时，耗能子模块个数M大于等于总子模块个数(M+N)的1/3；
2)系统需要穿越相间故障并重启时，耗能子模块个数M大于等于总子模块个数(M+N)的1/2。
确定完耗能子模块后，剩余子模块可以根据系统需求配置成耗能子模块或者储能子模块。
根据一些实施例，一种直流输电系统用的耗储一体换流器基本控制方法包括：基于模块电容的电压大小排序，通过控制功率单元的投切实现耗能子模块电容电压和储能子模块电容电压平衡；基于模块电容的电压大小排序，通过投切储能子模块的功率单元实现剩余储能单元荷电状态(SOC)均衡控制；基于模块电容的电压大小排序，通过投切耗能子模块的耗能支路实现子模块电容电压平衡控制。其中，储能子模块消耗能量通过开通储能子模块第一开关模块M1的可关断半导体411或者开通储能子模块第二开关模块M2的可关断半导体413实现。
本申请提供一种直流输电系统用的耗储一体化换流器能够有效支撑系统频率及功率，当交流系统需要直流输电系统提供更多功率支撑系统频率和功率时，通过电流控制主动投切储能子模块的第一开关模块M1可控半导体器411件实现储能向直流输电系统注入功率。
当交流系统需要直流系统减少注入功率降低系统频率时，优先投切储能子模块的第二开关模块M2的可控半导体器件413实现储能子模块从直流输电系统吸收功率，也可以通过SOC电流控制主动吸收功率；储能子模块吸收功率超过其容量限制后，还可开通投入耗能子模块的耗能支路的功率半导体吸收更多功率。
本申请提供一种直流输电系统用的耗储一体化换流器及其控制方法，既可以利用耗储一体换流器将盈余功率储能在储能子模块；在储能子模块满额状态下，配置的耗能子模块个数M能够满足单相和相间故障穿越需求，满足三相故障穿越需求，提高柔直运行稳定性；同时耗储一体换流器能够有效平抑新能源波动、提升故障穿越能力，提高系统安全可靠性，具备储能和耗能优势，降低海上风电和大规模新能源传输造价，推进海上风电平价上网。
应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (18)

1.一种直流输电系统用的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗储一体换流器包括至少一个耗能子模块和至少一个储能子模块，所述耗能子模块和所述储能子模块串联连接后，连接于直流线路，其中：
所述储能子模块用于存储所述直流输电系统的盈余功率；
所述耗能子模块用于消耗所述盈余功率；
所述储能子模块和所述耗能子模块配合，用于支撑电网调频调功需求。
2.如权利要求1所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能子模块包括直流电容支路、第一旁路支路和耗能支路，其中：
所述直流电容支路、所述旁路支路和所述耗能支路并联；
所述直流电容支路包括第一直流电容；
所述第一旁路支路包括并联连接的第一旁路开关和转折晶闸管；
所述耗能支路包括串联连接的耗能功率单元和耗能电路。
3.如权利要求2所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能功率单元包括反向并联的可控半导体和第一二极管，所述耗能电路包括并联连接的耗能电阻和第二二极管。
4.如权利要求2所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能子模块还包括第一功率单元，其中：
所述第一功率单元与所述直流电容支路并联；
所述第一功率单元包括串联连接的第一开关模块和第二开关模块；
所述第二开关模块与所述第一旁路开关并联。
5.如权利要求4所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述第一开关模块和所述第二开关模块分别包括二极管，或者反向并联的可关断半导体和二极管；
所述转折晶闸管的阳极与所述第二开关模块的二极管的阳极电连接；
所述转折晶闸管的阴极与所述第二开关模块的二极管的阴极电连接。
6.如权利要求2所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能子模块还包括第一接线端子和第二接线端子，所述第一接线端子与所述转折晶闸管的阴极电连接，所述第二接线端子与所述转折晶闸管的阳极电连接。
7.如权利要求1所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述储能子模块包括并联连接的半桥子模块和储能单元，其中：
所述半桥子模块包括第二功率单元、第二直流电容和第二旁路支路，所述第二功率单元和所述第二直流电容并联，所述第二功率单元包括串联连接的第三开关模块和第四开关模块，所述第四开关模块与所述第二旁路支路并联，所述第二旁路支路包括并联连接的第二旁路开关和晶闸管；
所述储能单元包括串联连接的储能元件和直流旁路开关，所述储能元件的正极与所述第二直流电容的正极电连接，所述储能元件的负极与所述第二直流电容的负极电连接。
8.如权利要求7所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述第三开关模块和所述第四开关模块分别包括反向并联的可关断半导体和二极管；
所述第四开关模块的二极管的阴极与所述第二旁路支路的晶闸管的阴极电连接，所述第四开关模块的二极管的阳极与所述第二旁路支路的晶闸管的阳极电连接。
9.如权利要求7所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述储能子模块包括第三接线端子和第四接线端子，所述第三接线端子电连接所述第二旁路支路的晶闸管的阴极，所述第四接线端子电连接所述第二旁路支路的晶闸管的阳极。
10.如权利要求7所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述储能元件包括串联连接的电池、梯次电池、超级电容、飞轮储能、气体压缩储能或它们的任意组合。
11.如权利要求8所述的耗储一体换流器，其特征在于，还包括：
在交流系统需要直流输电系统提供更多功率支撑系统频率的情况下，投切所述储能子模块的第三开关模块的可关断半导体；
在交流系统需要直流输电系统减少注入功率或者降低系统频率的情况下，通过电流控制或者投切所述储能子模块的第四开关模块的可关断半导体；
在所述储能子模块的能量越限后，投入所述耗能子模块的耗能支路吸收功率。
12.一种直流输电系统用的耗储一体换流器控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
响应于直流电压升高，计算盈余功率；
根据所述盈余功率，计算冗余能量；
计算储能可吸收最大能量；
比较所述冗余能量与所述储能可吸收最大能量的大小，获得比较结果；
基于所述比较结果，投入储能子模块或/和耗能子模块。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述计算盈余功率包括：
根据当前直流系统送端输送功率、故障期间受端换流站实际输送功率和直流电缆和换流站损耗计算所述盈余功率。
14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述盈余功率，计算冗余能量包括：
根据所述盈余功率和系统故障穿越耐受时间计算冗余能量。
15.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述计算储能可吸收最大能量包括：
通过计算所述储能子模块的储能单元的荷电状态得到所述储能可吸收最大能量。
16.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述比较结果，投入储能子模块或/和耗能子模块包括：
在所述储能可吸收最大能量大于等于所述冗余能量的情况下，投入所述储能子模块；
在所述储能可吸收最大能量小于所述冗余能量的情况下，投入所述储能子模块和耗能子模块。
17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，还包括：
根据所述冗余能量、所述储能可吸收最大能量和所述系统故障穿越耐受时间计算耗能需要吸收功率，根据所述耗能需要吸收功率和一个所述耗能子模块的功率计算投入所述储能子模块的个数；
根据所述储能子模块的荷电状态控制计算计算投入所述储能子模块的个数。
18.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，还包括：
在交流系统需要直流输电系统提供更多功率支撑系统频率的情况下，通过电流控制投切所述储能子模块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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