CN1204422A - 调节高压直流输电多点网的n个换流站的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于调节高压直流输电多点网(2)的n个换流站的方法和装置,其中每个站调节(6)利用协调的矢量调节产生一个控制信号。依照本发明确定出作为最小灭弧角额定值(γo min)和产生的灭弧角—附加—额定值(γo add)的和的以工作方式“振动子换流器”工作的换流站(4)的灭弧角—额定值(γo),其中一旦低于或高于负的或正的功率—调节差—阈值(dPu、dPo),则灭弧角—附加—额定值(γo add)与求出的功率调节差值(dP)成比例。由此实现一个用于多终端高压直流输电的调节方案,该调节方案结构简单并且是分散式的,因而可以省去上级主调节器和昂贵的电子通讯。

Description

调节高压直流输电多点 网的n个换流站的 方法和装置

本发明涉及一种用于调节高压直流输电多点网的n个换流站的方法和装置。

已知一种用于多终端高压直流输电的调节方案(东西方电能跨接学术会议卷，国际会议，华沙，1995．10．24-25)，该方案由一个上级主调节器和站内固有的调节功能构成。多终端系统由总共5个双极换流站构成，它们通过每极两根平行的直流架空明线连接。上级调整的主要任务是，协调固定工作点的功率和电流额定值。在一个换流站失效时，即便在主调节器与换流站间的通连暂时中断时，系统仍保持稳定不变。该上级调整将功率额定值相加。当该和不等于零时，误差根据加权系数被分配给各个换流站。可对系数任意选定，其中其和必须等于1。由采用此法求出的功率额定值求出各个换流站的电流额定值，其中采用某个站的直流电压实际值除功率额定值的方法。由于通常不能精确地预先计算出功率损耗并因而在确定功率额定值时对此损耗不予以考虑，故通常经相除得出的电流额定值的和不等于零。与求功率额定值的情况相似，电流额定值通过一个调节回路进行校正，从而使所有整流器和振动子换流器的电流的和为零。加权系数的调整应使和等于1。

每个换流站都备有的站调整由两条电流调节电路和两条电压调节电路以及一个最小电流调节器构成。通过由最小-和最大故障程序模块的组合求出瞬时调节差。在采用该调节方案时仅允许一个换流站可以确定电压，即仅一个整流器或振动子换流器在这种工作状态下工作。至于哪种换流器对此最为适合，则取决于专门的系统配置。在工作点上由电流调节的振动子换流器中有两种特性曲线供选用。其一是，在伴随直流电压降低的系统故障时在振动子换流器上以稳压调整方式工作。其二是进行电流调节。采用此方案时在直流电压压降范围内通过一取决于电压的电流数量级限制(VDCOL)功能降低电流额定值。究竟这两种方案哪一种更为有利，则必须通过对专用的系统配置进行模拟计算求出。在上述多终端系统中可见一个作为整流器工作的换流站的电压决定的功能。所有其它的站都在固定工作点上以调节电流的方式工作。两个振动子换流站在直流电压下降范围内采用VDCOL功能进行电流调节。

在这种已知的由5个换流站构成的多终端高压直流输电的调节方案中，当在一个直流系统中的n个换流站相互配合工作时，是不可能看出第n个换流站是如何调节的。另外该调节方案结构昂贵并且需要分别在上级主调节器与站内固有的调节间的电子通讯。额定值和实际值是通过该昂贵的电子通讯进行交换的。此外，站内固有的调整分别具有多个调节种类，其中通过调节器的替换选出相应的调节方式。

调节方式的替换、上级调节和电子通讯使多终端高压直流输电的整个直流系统的动态状况恶化并且也有可能对所连接的三相电流系统造成不利的影响。

在DE 44 20 600 C1中记载了一种对高压直流输电设备进行的协调的矢量调节。在该协调的矢量调节时，对以工作方式“整流器”工作的换流站根据有待传输的功率和测出的直流电压实际值产生电流和电压的一对额定值并与求出的电流和电压的一对实际值进行比较。将产生的调节偏差相加。由这种和信号产生的信号应使调节偏差的和为零。对以工作方式“振动子换流器”工作的换流站根据有待传输的功率和灭弧角额定值产生电流和电压的一对额定值，该对额定值与求出的一对实际值进行比较。这些调节偏差相互相减，由此差信号产生的一控制信号应使调节偏差的差为零。该协调的矢量调节方法具有电流和电压的额定值对，该额定值对既对振动子换流器又对整流器的目标范围做了考虑。

振动子换流器额定值对的确定应使其对灭弧角进行调节并且同时保持由整流器提供的功率。产生的振动子换流器的调节特性其中与具有正增长的电阻调节器的特性相符。根据矢量调节方法对整流器进行调节的特性对于额定点上的额定值对来说，是与相应的额定功率的功率双曲线的正切。由此实现了，当产生的功率变化在正切上时，原则上讲矢量调整容许在振动子换流器上的电压变化。通过两个特性曲线的设计，因而实现了稳定的工作点。

本发明的目的在于，提供一种用于调节高压直流输电多点网的n个换流站的方法和装置。

本发明的目的是通过权利要求1或6的特征来实现的。

由于在高压直流输电多点网的每个换流站都备有一个协调的矢量调整，其中振动子换流器的调节装置增加一个用于求出灭弧角-附加-额定值的装置，故尽管在直流系统中和／或相应的三相电流网中存在变化仍可在每个站分散地对稳定的工作点进行调整。为求出灭弧角-附加-额定值采用了一个求出的功率-调节差。采用已知的协调的矢量调整与根据功率-调节差附加确定的灭弧角-额定值的组合可保持在直流系统中恒定的负载流。由于该方法是分散工作的，故不再需要上级主调节器和电子通讯，因而与本说明书引言部分中所述调节方案相比该调节方案经简化降低了耗费并提高了动态能力。

有关本发明方法的有益设计参见从属权利要求2至5并且有关用于实施本发明方法的装置的有益设计参见从属权利要求7至15。

下面将对照附图对本发明作进一步的说明，图中对实施本发明方法的装置的一有益的实施方式作了图示。

图1所示为带有n个变流站的高压直流输电-多点网；

图2所示为带有3个整流-和振动子换流站的高压直流输电-多点网的工作特性曲线图；

图3所示为有损耗的直流线路的已知协调的矢量调节方框图；

图4为有关的工作特性曲线图；

图5为对高压直流输电多点网的一个站实施本发明方法的装置方框图；

图6为有关的工作特性曲线图。

图1示出一带有n个换流站4的高压直流输电-多点网2，所述n个换流站中的r表示整流器并且i表示振动子换流器。每个换流站4都配备有一个自己的站调节6。另外，每个换流站4都通过一个整流变压器8与分接开关-调节10及三相电源网12导电连接。通常也被称做直流系统的高压直流输电-多点网具有任意的拓朴，即n个换流站4相互任意连接。该多点网2的标准电压-工作范围在0．8至1．2功率单位(pu)之间。整流器总功率应为1功率单位并且换流器总功率则应为1功率单位-损耗。图2中示出高压直流输电-多点网2的工作特性曲线，其中出于明了起见仅示出6个换流站，即3个整流器和3个振动子换流器的工作特性曲线。在该通常的直流系统2中的所有的换流站4上可以以工作方式“振动子换流器”调整工作点AW1、AW2和AW3，所述工作点由变压调整和协调的矢量调整14(不需附加的装置)预给定。这意味着在功率额定值Po预定的情况下，所有这些换流站4的灭弧角-额定值γo例如为17°。由直流系数2(基尔霍夫定律、网络方程和能量守恒定理)的拓朴自动得出以工作方式“整流器”工作的换流站4的工作点AG1、AG2和AG3，这些工作点分别与预定的功率-额定值Por相符。在图2中分别以实线示出的以整流器方式工作的换流站4的功率双曲线和分别以虚线示出的以“振动子换流器”方式工作的换流站4的功率双曲线。图中还以直线示出以“振动子换流器”方式工作的换流站4的阻抗特性，所述直线与相应功率双曲线的交点构成工作点AW1、AW2和AW3。

图3示出一高压直流输电设备18的有损耗的直流线路16的已知协调的矢量调整14的方框图，利用所述高压直流输电设备18，两个交流电压网20和22被相互连接在一起。该高压直流输电设备18包括两个分别作为整流器和振动子换流器工作的换流站4。这两个换流站4的直流端通过直流线路16相互连接在一起。

另外，高压直流输电设备18还含有用于采集电流和电压值Idr、Idi以及Udr、Udi的未进一步标出的测量传感器。分别有一用于激励整流管或半导体的控制装置24置于换流站4之前。

每个控制装置24获得一个控制信号，由第一或第二调节装置26或28产生所述控制信号。第一调节装置26基本由第一额定值发送器30和第一矢量调节装置32构成。该额定值发送器30获得作为输入信号的一预定的待传输功率的功率额定值Por和一直流电压实际值Udr。由这些值Por和Udr利用额定值发送器30为换流站4的电流和电压求出一对额定值Ior和Uor。额定值发送器30具有两个特性曲线发送器34和36。为电压额定值Uor选择的第一特性曲线发送器34的曲线示出取决于电压的电压级数特性(VDVOC)，其中在稳定工作范围的上端有一个作为特性特征的拱形曲线。特性曲线的下部范围为限压结构。产生电流额定值Ior的第二特性曲线发送器36的特性曲线主要具有取决于电压的电流级数限制特性(VDCOL)，即取决于电压的限流。矢量调节装置32具有两个比较器38和40、一个加法器42和一个调节元件44。构成的额定值对Uor、lor被输送给该矢量调节装置32并且在该装置中由两个比较器38和40将额定值对与求出的实际值对Udr、Idr进行比较。由加法器42将产生的电流和电压的调节偏差相加。该和信号被输送给调节元件44，在其输出端输出的是作为整流器工作的换流站4的控制装置24的控制信号。利用该控制信号电流和电压调节偏差的和被调整到零。

第二个调节装置28与调节装置26类似。故不再对第二调节装置28加以赘述。其不同点在于输送给额定值发送器46的值的数量、两个特性曲线发送器48和50的特性曲线和用于求出功率-额定值Poi的装置。由于输入量值(电压-实际值Udi、功率-实际值Pdi、功率-额定值Poi、灭弧角-额定值γo、灭弧角-实际值γ、控制信号β)的方差，对特性曲线，尤其是特性曲线发送器48的VDVOC特性在端部范围的高度和倾角必须加以预定。而且对特性曲线发送器50的VDCOL特性可以进行调整。对于第二额定值发送器46重要的是，对有待于保持的灭弧角-额定值γo也是预给定的。由两个比较器38和40对产生的额定值对Uoi、Ioi与求出的实际值对Udi、Idi进行比较。对产生的调节偏差由加法器42进行相减，这是因为额定值对Uoi、Ioi的电压额定值Uoi输入比较器38的反向的输入端之故。差信号被输送给后置的调节元件44，在其输出端输出作为振动子换流器工作的换流站4控制装置24的控制信号。利用该控制信号将电流和电压调节偏差的差值调整到零。

用于求出功率额定值Poi的装置52具有一带有上限和下限的第一级迟延元件54。求出的功率实际值Pdi和功率上限和功率下限值Pgoi和Pgui被输送给该装置52。功率上限值Pgoi等于作为整流器工作的换流站4的有待传输的功率的功率额定值与最小损耗功率Pvmin的差，与此相反，功率下限值Pgui等于功率额定值Por与最大损耗功率Pvmax的差。

图4示出高压直流输电设备18的在图3中示出的协调的矢量调整14的工作特性曲线GR和WR。特性曲线GR由线段hl、lm、mn和no构成，示出整流器特性，其中线段hl为在正常工作范围内的功率双曲线，线段lm为最大电流限制，线段mn为取决于电压的限制的范围并且线段no为最小电流。特性曲线WR示出振动子换流器特性。由于直流线路16并不是无损耗的，故作为振动子换流器工作的换流站4的功率双曲线并不与作为整流器工作的换流站4的功率双曲线套合在一起。由于利用电流和电压额定值确定特性曲线WR的每个点，故振动子换流器特性也被称做电阻调整，该电阻调整为组合的电流-电压调整。线-点-线与灭弧角-额定值γo相符。

图5示出用于实施对高压直流输电-多点网2的n个换流站4进行调整的本发明方法的装置的方框图。出于明了起见，图中仅示出高压直流输电网2的换流站4的本发明的协调的矢量调整14。由于换流设备4既可作为整流器，又可以作为振动子换流器工作，所以站调整6包含第一和第二调整装置26和28。由于在两个调整装置26和28中都有调整元件44，故在该站调整6中可以省去一个调整元件44。为此对两个调整装置26和28的加法器42的输出端分别后置一个开关56和58，调整装置的输出端通过加法器60与调节元件44连接在一起。

调整装置28增加一个用于求出灭弧角-附加-额定值γoadd的装置62。该装置62的输入端具有一个静区元件64并且其输出端具有一个比例积分调节器(PI-调节器)66。由于仅在多点网2的直流电压的工作值正常时才改变求出的灭弧角-附加-额定值γoadd，故在静区元件64和比例积分调节器66之间设置有一个开关68。只要直流电压实际值Udi大于一预定的极限值，则该开关68闭合。在故障时，伴随有很强的电压扰动，则灭弧角-附加-额定值γoadd保持不变(开关68断开)或被置于零。为此零信号SV被加入比例积分调节器66中。静区元件64具有一个正的和一个负的功率-调节差-阈值dPo和dPu。在这两个功率-调节差-阈值dPo和dPu之间，静区元件64的初始值与输入信号dPo无关保持零。

一旦输入信号dP的值，即求出的功率调节差dP，大于或小于正的或负的功率调节差-阈值dPo或dPu，则静区元件64的初始值不等于零。该输出值被输送给比例积分-调节器66，在其输出端输出一个灭弧角-附加-额定值γoadd。为使额定值发送器46的灭弧角γo仅在预定的范围内变化，比例积分调节器66备有一个下限值零和一个上限值maxγoadd。灭弧角额定值γo由最小灭弧角额定γomin和求出的灭弧角-附加-额定值γoadd构成，其中备有一个加法器70。静区元件64的静区的极限dPu和dPo分别由比较器72和74求出，其中在比较器72的反向的输入端上是一功率下限值Pgui并且在非反向的输入端上是功率额定值Poi。在比较器74的非反向输入端上的是功率上限值Pgoi并且在反向的输入端上的是功率额定值Poi。由另一比较器76求出功率-调节差-阈值dP，其中在其非反向输入端上的是功率额定值Poi并且在其反向输入端上的是功率实际值Pdi。

在图6中示出的是图5中推荐的调节方案的工作特性曲线GR和WR。与图4的列线图相比，求出一个新的工作点NP，该工作点位于相同的振动子换流器特性的功率双曲线上。由于在直流电压系统2中电压被降低，因而分散地在换流站4对该新的工作点NP进行调整。与该电压变化无关，负载流保持不变。

用于多终端的高压直流输电的本发明的调节方案结构简单，所有换流站4的结构相同，是一个分散式调节方案，因而不需要昂贵的电子通讯并且具有较高的动态能力，因为调节器不必交替工作并且也没有上级主调节器。另外该方案能更好地为稳定直流电压系统2和三相电流系统12作出贡献。

Claims (15)

1．一种用于调节高压直流输电多点网(2)的n个换流站(4)的方法，

-其中为每个以工作方式“整流器”工作的换流站(4)根据实时传输的功率(Por)和测出的直流电压实际值(Udr)产生换流站(4)的电流和电压的一对额定值(Uor、Ior)，

-其中根据求出的一对实际值(Udr、Idr)和所产生的额定值对(Uor、Ior)求出电流和电压的调节偏差，

-其中将这些调节偏差相加并产生一个控制信号，从而使该和为零，

-其中为每个以工作方式“振动子换流器”工作的换流站(4)根据分别形成的功率-和灭弧角-额定值(Poi、γo)产生换流站(4)的电流和电压的一对额定值(Uoi、Ioi)，

-其中根据求出的一对实际值(Udi、Idi)和所产生的额定值对(Uoi、Ioi)求出电流和电压的调节偏差，

-其中这些偏差相减并产生一个控制信号，从而使该差为零，

-其中由求出的功率-实际值(Pdi)和形成的功率上限值和功率下限值(Pgoi、Pgui)确定出以工作方式“振动子换流器”工作的换流站(4)的功率-额定值(Poi)，

-其中确定出作为最小灭弧角-额定值(γomin)与产生的灭弧角-附加-额定值(γoadd)的和的以工作方式“振动子换流器”工作的换流站(4)的灭弧角-额定值(γo)并且

-其中一旦低于或高于负的和正的功率-调节差-阈值(dPu、dPo)，所述灭弧角-附加-额定值(γoadd)与由功率额定值和功率实际值(Poi、Pdi)求出的功率调节差(dP)成比例。

2．按照权利要求1所述的方法，其中所述灭弧角-附加-额定值(γoadd)仅在正常工作时是可变的。

3．按照权利要求1所述的方法，其中在非正常工作时，所述灭弧角-附加-额定值(γoadd)被置于零。

4．按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述负的和正的功率-调节差-阈值(dPu、dPo)是可变的。

5．按照权利要求4所述的方法，其中负的和正的功率-调节差-阈值(dPu、dPo)根据有待于传输的功率和最大的和最小的损耗功率(Pvmax、Pvmin)的功率额定值(Por)进行变化。

6．一种用于实施按照权利要求1所述的调节高压直流输电多点网(2)的n个换流站(4)的方法的装置，

-其中对每个以工作方式“整流器”工作的换流站(4)备有一个调节装置(26)，该调节装置具有一个带有后置矢量调节装置(32)的额定值发送器(30)，

-其中有待于传输的功率的电压实际值(Udr)和功率额定值(Por)被输送给额定值发送器(30)并且所求出的电流和电压的实际(Udr、Idr)被输送给所述矢量调节装置(32)，

-其中为每个以工作方式“振动子换流器”工作的换流站(4)备有一个调节装置(28)，该调节装置具有一个用于求出功率额定值(Poi)的装置(52)、一个用于求出灭弧角-附加-额定值(γoadd)的装置(62)、一个额定值发送器(46)和一个矢量调节装置(32)，

-其中为用于求出一个功率额定值(Poi)的装置(52)输送一个求出的功率实际值(Pdi)及一个功率上限和下限值(Pgoi、Pgui)，为额定值发送器(46)输送一个功率额定值和实际值(Poi、Pdi)、灭弧角额定值和实际值(γo、γ)、一个电压实际值(Udi)和一个控制信号(β)，为矢量调节装置(32)输送一对求出的电流和电压的实际值(Udi、Idi)，并为用于求出灭弧角-附加-额定值(γoadd)的装置(62)输送一个功率实际值和一个功率额定值(Pdi、Poi)、一个功率上限值和一个功率下限值(dPo、dPu)及一个最小灭弧角值(γomin)。

7．按照权利要求6所述的装置，其中每个换流站(4)的调节装置(26、28)根据其工作方式接通或断开。

8．按照权利要求6所述的装置，其中用于求出功率额定值(Poi)的装置(52)具有带有上限和下限值(Pgoi、Pgui)的第一级延迟元件(54)。

9．按照权利要求6所述的装置，其中用于求出灭弧角-附加-额定值(γoadd)的装置(62)具有一个静区元件(64)和一个比例积分调节器(66)，其中在静区元件(64)的输入端上的是一个求出的功率-调节差-阈值(dP)并且在比例积分调节器(66)的输出端上的是灭弧角-附加-额定值(γoadd)。

10．按照权利要求6所述的装置，其中每一个换流站(4)的两个调节装置(26、28)的每个额定值发送器(30、46)具有用于电流和电压的额定值对(Uor、Ior；Uoi、Ior)的两个特性曲线发送器(34、36；48、50)。

11．按照权利要求6所述的装置，其中每一个换流站(4)的两个调节装置(26、28)的每个矢量调节装置(32)具有两个比较器(38、40)、一个加法器(42)和一个调节元件(44)，其中比较器(38、40)的输出端分别与加法器(42)逻辑连接，加法器的输出端与调节元件(44)的输入端连接。

12．按照权利要求9所述的装置，其中在静区元件(64)与用于求出灭弧角-附加-额定值(γoadd)的装置(62)的比例积分调节器(66)之间备有一个开关(68)，该开关在每一个换流站(4)正常工作时闭合。

13．按照权利要求9所述的装置，其中用于求出灭弧角-附加-额定值(γoadd)的装置(62)的比例积分-调节器(66)具有一个置位输入端，在每一个换流站(4)非正常工作时在该输入端加入一个零信号(SV)。

14．按照权利要求9所述的装置，其中用于求出灭弧角-附加-额定值(γoadd)的静区元件(64)的每个极限值输入端与比较器(72、74)的输出端逻辑连接，在它们的输入端分别加有一个功率实际值(Pdi)和一个功率上限值或一个功率下限值(Pgoi、Pgui)。

15．按照权利要求6所述的装置，其中备有一个微处理器作为每一个换流站(4)的调节装置(26、28)。

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