一種lcc-vsc型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及啟動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)及啟動(dòng)方法，具體是：首先解鎖LCC換流器作定直流電流控制，為直流側(cè)電容充電，電流測(cè)量值加慣性環(huán)節(jié)濾波，電流指令值由零逐漸開(kāi)始升高到額定值，待直流電壓升高至額定值時(shí)，解鎖VSC換流器作定直流電壓控制，功率逐漸由LCC側(cè)傳輸至VSC側(cè)，啟動(dòng)過(guò)程完成。本發(fā)明所述的啟動(dòng)方法能使LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)從完全停機(jī)狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡到正常運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程平滑穩(wěn)定，同時(shí)混合直流系統(tǒng)的控制策略完善清晰，啟動(dòng)完成后能使系統(tǒng)準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)參考值穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】—種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及啟動(dòng)方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于電力工程【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及啟動(dòng)方法(基于晶閘管的電流源型換流器LCC和全控型電力電子器件的電壓源型換流器VSC的混合高壓直流輸電技術(shù)Hybrid HVDC)。

【背景技術(shù)】
[0003]LCC-VSC型混合直流輸電技術(shù)整流側(cè)采用電網(wǎng)換向換流器LCC (line commutedconverter)、逆變側(cè)米用電壓源型換流器VSC (voltage source converter)。逆變側(cè)VSC電流能夠自關(guān)斷，不需要外加換向電壓，不依賴交流系統(tǒng)去維持電壓和頻率的穩(wěn)定，可向弱交流系統(tǒng)或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電。LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)符合我國(guó)遠(yuǎn)距離、大容量西電東送的要求，不需要考慮直流系統(tǒng)的潮流反向功能；且不存在逆變站的換相失敗問(wèn)題，解決了多直流落點(diǎn)問(wèn)題；LCC-VSC混合型高壓直流輸電對(duì)于海上電網(wǎng)相連來(lái)說(shuō)也具有很大優(yōu)勢(shì)，緊湊的電壓源型換流器適用于海上平臺(tái)并且可與電氣孤島相連。因此LCC-VSC型混合直流輸電在我國(guó)有著廣泛的運(yùn)用前景。
[0004]高壓直流輸電系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，若不采用特殊的啟動(dòng)控制策略，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)電壓和過(guò)電流現(xiàn)象，從而危及換流裝置的安全。目前已有的常規(guī)直流輸電系統(tǒng)啟動(dòng)方法和柔性直流輸電啟動(dòng)方法不能直接運(yùn)用于LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)。如何平穩(wěn)啟動(dòng)LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)中均未見(jiàn)研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種能使LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)從完全停機(jī)狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡到正常運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程平滑穩(wěn)定，同時(shí)混合直流系統(tǒng)的控制策略完善清晰，啟動(dòng)完成后能使系統(tǒng)準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)參考值穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)及啟動(dòng)方法。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
一種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，
包括整流站側(cè)的換流變壓器、無(wú)功補(bǔ)償器、交流濾波器、交流開(kāi)關(guān)、LCC換流器、平波電抗、直流線路、控制保護(hù)裝置；
逆變站側(cè)的交流濾波器、換流變壓器、VSC變流器、直流電容、控制保護(hù)裝置；
其中，有功潮流由LCC換流器流向VSC換流器，兩端經(jīng)交流斷路器連接交流系統(tǒng)，交流濾波器安裝在LCC換流器與VSC換流器交流側(cè)，直流電容和平波電抗分別并聯(lián)和串聯(lián)在直流線路上，
所述整流站側(cè)采用兩個(gè)六脈動(dòng)LCC換流器串聯(lián)且中性點(diǎn)接地方式；所述逆變站側(cè)采用三相兩電平的VSC換流器構(gòu)成LCC-VSC直流輸電系統(tǒng)。
[0007]在上述的一種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述LCC換流器則采用PI環(huán)控制定直流電流；所述VSC換流器內(nèi)環(huán)采用d-q解耦的直接電流控制方式，外環(huán)采用定有功功率、定無(wú)功功率控制，有功控制量為直流電壓。
[0008]—種基于一種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的啟動(dòng)方法,其特征在于，包括以下步驟:
步驟1:整個(gè)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，兩側(cè)換流器分別通過(guò)變壓器接交流系統(tǒng)處于閉鎖狀態(tài)；
步驟2:閉合整流側(cè)交流斷路器，解鎖LCC換流器并采用定直流電流控制為直流側(cè)電容充電建立直流電壓達(dá)到額定直流電壓；為避免充電過(guò)程產(chǎn)生過(guò)流，直流電流指令從零開(kāi)始按用戶自定義的速率增加至額定值，觸發(fā)角初始值設(shè)為90°，最小觸發(fā)角設(shè)定為5°，為減小諧波，測(cè)量電流加慣性環(huán)節(jié)濾波。
[0009]步驟3:為避免切換過(guò)程產(chǎn)生過(guò)大振蕩，待直流電壓到達(dá)額定值時(shí)，閉合逆變側(cè)交流斷路器并啟動(dòng)VSC換流器，做定直流電壓控制，且直流電壓指令值為1.0pu、無(wú)功功率指令值為Opu ;有功功率逐漸由整流側(cè)傳輸至逆變側(cè)，系統(tǒng)完成啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。
[0010]LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)的啟動(dòng)問(wèn)題有其特殊性:潮流只能單向流動(dòng)即由LCC換流站流向VSC換流站；兩端換流站啟動(dòng)條件各有特點(diǎn)，LCC換流器啟動(dòng)前需有功率饋入才能啟動(dòng)晶閘管。VSC換流器啟動(dòng)前其直流側(cè)須有電壓，否則IGBT反并聯(lián)的二極管將會(huì)正向電壓的作用下發(fā)生短路。
[0011]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):設(shè)計(jì)了兩端大電網(wǎng)運(yùn)用場(chǎng)景下LCC-VSC型高壓直流輸電系統(tǒng)啟動(dòng)控制策略:先平穩(wěn)啟動(dòng)LCC給直流電容充電、為VSC反并聯(lián)二極管提供反壓，然后啟動(dòng)VSC換流器實(shí)現(xiàn)潮流由LCC側(cè)流向VSC側(cè)，能使LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)從完全停機(jī)狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡到正常運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程平滑穩(wěn)定，同時(shí)混合直流系統(tǒng)的控制策略完善清晰，啟動(dòng)完成后能使系統(tǒng)準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)參考值穩(wěn)定運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明涉及的啟動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明涉及的整流器的控制框圖。
[0014]圖3為本發(fā)明涉及的逆變器的控制框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]為實(shí)現(xiàn)所需功能，本發(fā)明提出了如下實(shí)施方式:
圖1為整個(gè)LCC-VSC型混合直流輸電啟動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D，圖中，兩端交流系統(tǒng)1，交流斷路器2，交流濾波器3，換流變壓器4，LCC換流器5，平波電抗器6，直流線路等效電阻7，直流線路等效電抗8，直流側(cè)穩(wěn)壓電容9，VSC換流器10，VSC側(cè)連接變壓器和相電抗器的等效電阻11，VSC側(cè)連接變壓器和相電抗器的等效電感12。
[0016]其中，有功潮流由LCC換流器5流向VSC換流器10，兩端經(jīng)交流斷路器連接交流系統(tǒng)，交流濾波器3安裝在LCC換流器5與VSC換流器10交流側(cè)，直流側(cè)穩(wěn)壓電容9和平波電抗器6分別并聯(lián)和串聯(lián)在直流線路上，
整流站側(cè)采用兩個(gè)六脈動(dòng)LCC換流器串聯(lián)且中性點(diǎn)接地方式；所述逆變站側(cè)采用三相兩電平的VSC換流器構(gòu)成LCC-VSC直流輸電系統(tǒng)。
[0017]圖2、3分別為整流側(cè)VSC換流器與逆變側(cè)LCC換流器的基本控制框圖。其中LCC換流器則采用PI環(huán)控制定直流電流，VSC換流器內(nèi)環(huán)采用d-q解耦的直接電流控制方式、外環(huán)采用定有功功率、定無(wú)功功率控制，有功控制量為直流電壓。
[0018]兩端大電網(wǎng)LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的基本流程，其【具體實(shí)施方式】為啟動(dòng)過(guò)程大致分為三個(gè)步驟。
[0019]步驟1:整個(gè)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，兩側(cè)換流器分別通過(guò)變壓器接交流系統(tǒng)處于閉鎖狀態(tài)。
[0020]步驟2:閉合整流側(cè)交流斷路器，解鎖LCC采用定直流電流控制為直流側(cè)電容充電建立直流電壓達(dá)到額定直流電壓；為避免啟動(dòng)時(shí)的過(guò)流現(xiàn)象，直流電流指令值按用戶自定義的速率由O逐漸上升至額定值，觸發(fā)角初始值設(shè)為90°，最小觸發(fā)角設(shè)定為5°，持續(xù)為直流側(cè)電容充電，為減小諧波，測(cè)量電流加慣性環(huán)節(jié)濾波。
[0021]步驟3:當(dāng)直流側(cè)電壓升至額定值時(shí)，閉合逆變側(cè)交流斷路器并啟動(dòng)VSC換流器，做定直流電壓控制，設(shè)定直流電壓指令值為1.0pu、無(wú)功功率指令值為Opu ;有功功率逐漸由整流側(cè)傳輸至逆變側(cè)，系統(tǒng)完成啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。
[0022]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于， 包括整流站側(cè)的換流變壓器、無(wú)功補(bǔ)償器、交流濾波器、交流開(kāi)關(guān)、LCC換流器、平波電抗、直流線路、控制保護(hù)裝置； 逆變站側(cè)的交流濾波器、換流變壓器、VSC變流器、直流電容、控制保護(hù)裝置； 其中，有功潮流由LCC換流器流向VSC換流器，兩端經(jīng)交流斷路器連接交流系統(tǒng)，交流濾波器安裝在LCC換流器與VSC換流器交流側(cè)，直流電容和平波電抗分別并聯(lián)和串聯(lián)在直流線路上， 所述整流站側(cè)采用兩個(gè)六脈動(dòng)LCC換流器串聯(lián)且中性點(diǎn)接地方式；所述逆變站側(cè)采用三相兩電平的VSC換流器構(gòu)成LCC-VSC直流輸電系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其特征在于，所述LCC換流器則采用PI環(huán)控制定直流電流；所述VSC換流器內(nèi)環(huán)采用d-q解耦的直接電流控制方式，外環(huán)采用定有功功率、定無(wú)功功率控制，有功控制量為直流電壓。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的一種LCC-VSC型混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的啟動(dòng)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:整個(gè)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，兩側(cè)換流器分別通過(guò)變壓器接交流系統(tǒng)處于閉鎖狀態(tài)； 步驟2:閉合整流側(cè)交流斷路器，解鎖LCC換流器并采用定直流電流控制為直流側(cè)電容充電建立直流電壓達(dá)到額定直流電壓；為避免充電過(guò)程產(chǎn)生過(guò)流，直流電流指令從零開(kāi)始按用戶自定義的速率增加至額定值，觸發(fā)角初始值設(shè)為90°，最小觸發(fā)角設(shè)定為5°，為減小諧波，測(cè)量電流加慣性環(huán)節(jié)濾波； 步驟3:為避免切換過(guò)程產(chǎn)生過(guò)大振蕩，待直流電壓到達(dá)額定值時(shí)，閉合逆變側(cè)交流斷路器并啟動(dòng)VSC換流器，做定直流電壓控制，且直流電壓指令值為1.0pu、無(wú)功功率指令值為Opu ;有功功率逐漸由整流側(cè)傳輸至逆變側(cè)，系統(tǒng)完成啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK104362662SQ201410692708
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】余瑜 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)