本發(fā)明涉及一種LCC和MMC的混合直流輸電系統(tǒng)，屬于高壓輸電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基于電網(wǎng)換相換流器(LCC：Line Commutated Converter)的傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)具有技術(shù)成熟、成本低、過(guò)負(fù)荷能量強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在換相失敗、諧波含量大、需無(wú)功補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題；基于模塊化多電平電壓源換流器(MMC：Modular Multi-level Converter)的柔性直流輸電技術(shù)，能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)有功無(wú)功功率，具有優(yōu)越的可控性和靈活性，是解決受端電網(wǎng)薄弱、無(wú)源電網(wǎng)受電的有效途徑，然而柔性直流技術(shù)成本高、損耗大、控制復(fù)雜?；贚CC-MMC的混合直流輸電系統(tǒng)整流站延用電網(wǎng)換相換流站(LCC)，逆變站新建模塊化多電平換流站(MMC)。該方案有望充分發(fā)揮兩種輸電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自的缺陷，擴(kuò)大直流電網(wǎng)的應(yīng)用范圍，為大區(qū)電網(wǎng)提供更多的新型互聯(lián)模式，為大城市直流供電、負(fù)荷中心的多落點(diǎn)受電提供新思路，為大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)與送出消納提供新方法。

但當(dāng)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合直流輸電系統(tǒng)發(fā)生整流站交流故障時(shí)，交流電壓跌落會(huì)導(dǎo)致整流站直流電壓的下降，而逆變站MMC換流站直流電壓卻不受影響。由于兩站間電壓差減小，會(huì)造成功率輸送減小甚至中斷。因此，有必要研究該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的整流站交流故障穿越問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的目的是提供一種LCC-MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的混合直流輸電系統(tǒng)整流站交流故障穿越控制方法，在不增加硬件投入的情況下，使混合直流系統(tǒng)較大限度的傳輸有功功率，從而減小傳輸功率驟降對(duì)逆變站交流系統(tǒng)的沖擊。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

一種混合直流輸電系統(tǒng)整流站交流故障穿越控制方法，其特征在于，所述交流故障穿越方法包括以下步驟：

1)所述混合直流輸電系統(tǒng)整流站采用電網(wǎng)換相換流器(LCC)，正常運(yùn)行時(shí)工作在定直流電流控制模式；逆變站采用電壓源型換流器(MMC)，正常運(yùn)行時(shí)工作在定直流電壓控制模式；

2)檢測(cè)整流站交流母線的各相電壓值，若有任一相電壓值低于預(yù)設(shè)的電壓整定值，即認(rèn)為整流站交流側(cè)發(fā)生故障，則整流站控制模式切換至最小觸發(fā)角控制模式，若該控制模式能維持整流站直流電壓穩(wěn)定即直流電壓保持在直流電壓閾值以上，則待故障消除后，返回步驟1)，否則進(jìn)入步驟3)；

3)若最小觸發(fā)角控制模式下不能維持整流站直流電壓穩(wěn)定即直流電壓降低并低于直流電壓閾值時(shí)，則整流站進(jìn)入低壓限流控制模式(VDCOL)，自動(dòng)降低低壓限流控制模式下的直流電流設(shè)定值，待直流電壓恢復(fù)即大于或等于直流電壓閾值后，返回步驟1)；

4)檢測(cè)逆變站正負(fù)極直流電流的100Hz分量，當(dāng)100Hz分量幅值超過(guò)設(shè)定的直流電流100Hz保護(hù)閾值時(shí)，即認(rèn)為整流站交流側(cè)發(fā)生交流故障，則直流電流100Hz保護(hù)啟動(dòng)，逆變站控制模式切換至最大調(diào)制比控制模式，否則返回步驟1)。

本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：

所述步驟1)中，LCC整流站預(yù)存的控制模式包括定直流電流控制、最小觸發(fā)角控制及低壓限流控制模式；MMC逆變站預(yù)存的控制模式包括定直流電壓控制、最大調(diào)制比控制模式。

所述步驟2)中，整流站三相交流電壓中任意一相電壓低于預(yù)設(shè)的電壓整定值時(shí)，即認(rèn)為整流站交流側(cè)發(fā)生交流故障，立即切換整流站控制模式為最小觸發(fā)角控制模式；

其中，所述預(yù)設(shè)的電壓整定值為整流站交流側(cè)額定相電壓的0.6～0.9倍。

在步驟2)的所述最小觸發(fā)角控制模式中，最小限制角取5°。

在步驟2)中，所述整流站直流電壓穩(wěn)定是指整流站直流電壓能夠保持在直流電壓閾值及以上，其中所述直流電壓閾值范圍為0.45～0.35倍的整流站直流電壓額定值；否則認(rèn)為直流電壓不穩(wěn)定，需要進(jìn)入步驟3)。

在步驟3)中，整流站進(jìn)入低壓限流工作模式，將整流站直流側(cè)電流限制在0.3～0.4倍整流站直流側(cè)電流額定值。

所述步驟4)中，逆變站正負(fù)極直流電流中任意一極100Hz分量大于直流電流中100Hz保護(hù)動(dòng)作閾值時(shí)，即認(rèn)為整流站交流側(cè)發(fā)生交流故障，應(yīng)立即切換逆變站控制模式為最大調(diào)制比控制模式；

其中，所述直流電流100Hz保護(hù)閾值為0.03～0.05倍整流站直流側(cè)電流額定值。

在所述步驟4)中，在逆變站最大調(diào)制比控制模式后，當(dāng)逆變站正負(fù)極直流電流的100Hz分量恢復(fù)即小于設(shè)定的直流電流100Hz保護(hù)閾值時(shí)，直流電流100Hz保護(hù)退出，逆變站恢復(fù)為定直流電壓控制模式。

在步驟4)中，所述直流電流100Hz保護(hù)原理如下式所示：

或

其中，I_{dc_P_100Hz}和為分別為提取的直流正極電流和直流負(fù)極電流中的100Hz分量幅值；I_{dc_P_N}和I_{dc_N_N}為正負(fù)極直流額定電流，正負(fù)極直流額定電流值相同即整流站直流側(cè)電流額定值；I_{dc_P}、I_{dc_N}為正負(fù)極直流線路上的實(shí)際直流電流值；k₁和k₂為保護(hù)系數(shù)，均取0.03；保護(hù)動(dòng)作延時(shí)取10ms；當(dāng)100Hz保護(hù)信號(hào)消失后，逆變站切換至定直流電壓控制模式。

所述步驟2)、3)、4)中，整流站與逆變站控制模式切換的判據(jù)均取自本站的電氣量，無(wú)需依賴(lài)站間通信。

本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

該控制策略能夠提高所述混合直流系統(tǒng)在整流站發(fā)生交流故障時(shí)的功率輸送能力，降低功率輸送中斷發(fā)生的概率，而且該策略無(wú)需依靠換流站間通信即可實(shí)現(xiàn)控制模式的自動(dòng)切換。

附圖說(shuō)明

圖1是LCC-MMC的混合直流系統(tǒng)構(gòu)架圖；

圖2本發(fā)明所述的混合直流輸電系統(tǒng)整流站交流故障穿越控制方法流程流程圖；

圖3是整流站LCC換流站外特性曲線圖；

圖4是逆變站MMC換流站外特性曲線圖；

圖5是加入最大調(diào)制比的MMC控制策略框圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。

以圖1所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為實(shí)施例，所述混合直流輸電系統(tǒng)整流站采用電網(wǎng)換相換流器(LCC)，正常運(yùn)行時(shí)工作在定直流電流控制模式；逆變站采用電壓源型換流器(MMC)，正常運(yùn)行時(shí)工作在定直流電壓控制模式，在圖1中，LCC整流站采用12脈動(dòng)換流站，用于將交流側(cè)電能整流為具有期望直流電壓的直流電能并將其傳送到直流傳輸線，包括換流變壓器T1、T12、交流濾波器UF、平波電抗器L1、L12及整流交流側(cè)電網(wǎng)AC1等部分；逆變站采用MMC換流站，用于將所述的直流線路的電能逆變?yōu)榻涣麟娔懿⒆⑷敫髯詫?duì)應(yīng)的交流電網(wǎng)，包括控制直流電壓的MMC以及換流變壓器T2，橋臂電抗器L2，逆變交流側(cè)電網(wǎng)AC2等部分。交流側(cè)額定電壓為525kV，額定直流電流為±160kV，額定輸送容量1000MW，直流傳輸線路采用架空線形式。

以附圖1所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，并參照附圖2，本申請(qǐng)公開(kāi)的一種混合直流輸電系統(tǒng)整流站交流故障穿越控制方法的流程步驟如下所述：

步驟1：混合直流輸電系統(tǒng)整流站采用電網(wǎng)換相換流器(LCC)，正常運(yùn)行時(shí)工作在定直流電流控制模式；逆變站采用電壓源型換流器(MMC)，正常運(yùn)行時(shí)工作在定直流電壓控制模式。

步驟2：通過(guò)檢測(cè)整流站交流母線AC1的相電壓值U_AC1判斷是否發(fā)生交流故障。當(dāng)整流站三相交流電壓中任意一相電壓低于預(yù)設(shè)的電壓整定值時(shí)，即認(rèn)為整流站交流側(cè)發(fā)生交流故障，立即切換整流站控制模式為最小觸發(fā)角控制模式；其中，所述預(yù)設(shè)的電壓整定值為整流站交流側(cè)額定相電壓的0.6～0.9倍。整流站直流電壓穩(wěn)定是指整流站直流電壓能夠保持在直流電壓閾值及以上，其中所述直流電壓閾值范圍為0.45～0.35倍的整流站直流電壓額定值。

在附圖1的實(shí)施例中，若有任一相電壓值低于額定相電壓的0.7倍額定值，則整流站控制方式切換至最小觸發(fā)角控制模式，最小限制角取5°；若該控制模式能維持整流站直流電壓保持在0.45倍直流電壓以上，則待故障消除后，返回步驟1，否則進(jìn)入步驟3；

步驟3：若最小觸發(fā)角控制模式下不能維持整流站直流電壓穩(wěn)定即直流電壓降低并低于直流電壓閾值時(shí)，則整流站進(jìn)入低壓限流控制模式(VDCOL)，自動(dòng)降低低壓限流控制模式下的直流電流設(shè)定值，待直流電壓恢復(fù)即大于或等于直流電壓閾值后，返回步驟1。其中，整流站進(jìn)入低壓限流工作模式后，將整流站直流側(cè)電流限制在0.3～0.4倍整流站直流側(cè)電流額定值。

在本申請(qǐng)的實(shí)施例中，整流站直流電壓繼續(xù)降低且低于低壓限流特性的直流電壓閾值0.45倍額定直流電壓時(shí)，整流站進(jìn)入低壓限流工作模式(VDCOL)。此時(shí)直流電流被限制在0.3～0.4倍直流額定電流值；待直流電壓恢復(fù)后，則返回步驟1。圖3所示為整流站的直流電壓/電流特性曲線，其中AB段表示最小觸發(fā)角控制特性，BC段表示定直流控制特性，CD段表示低壓限流控制特性。

步驟4：逆變站檢測(cè)到正極或負(fù)極的直流電流100Hz分量超過(guò)直流電流100Hz保護(hù)閾值時(shí)，控制模式切換至最大調(diào)制比控制模式，控制策略如圖5所示。保護(hù)動(dòng)作信號(hào)消失后返回步驟1。

逆變站正負(fù)極直流電流中任意一極100Hz分量大于直流電流中100Hz保護(hù)動(dòng)作閾值時(shí)，即認(rèn)為整流站交流側(cè)發(fā)生交流故障，應(yīng)立即切換逆變站控制模式為最大調(diào)制比控制模式。

實(shí)施例1，所述直流電流100Hz保護(hù)閾值為0.03～0.05倍整流站直流側(cè)電流額定值。進(jìn)入逆變站最大調(diào)制比控制模式后，當(dāng)逆變站正負(fù)極直流電流的100Hz分量恢復(fù)即小于設(shè)定的直流電流100Hz保護(hù)閾值時(shí)，直流電流100Hz保護(hù)退出，逆變站恢復(fù)為定直流電壓控制模式。

實(shí)施例2，實(shí)時(shí)就地監(jiān)視逆變站站直流電流變化與正負(fù)極直流電流中100Hz分量的大小，判斷是否啟動(dòng)直流電流100Hz保護(hù)，并進(jìn)入最大調(diào)制比控制模式。直流電流100Hz保護(hù)原理如下式所示：

或

其中，I_{dc_P_100Hz}和I_{dc_P_100Hz}為提取的直流電流100Hz分量；I_{dc_P_N}和I_{dc_N_N}為正負(fù)極直流額定電流，正負(fù)極直流額定電流值相同即整流站直流側(cè)電流額定值；I_{dc_P}、I_{dc_N}為正負(fù)極直流線路上的實(shí)際直流電流值；k₁和k₂為保護(hù)系數(shù)，均取0.03，I_setP為正極性直流電流100Hz保護(hù)閾值，I_setN為正極性直流電流100Hz保護(hù)閾值；保護(hù)動(dòng)作延時(shí)取10ms。當(dāng)100Hz保護(hù)信號(hào)消失后，逆變站切換至定直流電壓控制模式，圖4所示為逆變站的直流電壓/電流特性曲線，EF段是定直流電壓控制特性、FG段為最大調(diào)制比控制電壓波動(dòng)范圍。

典型控制策略模塊，采用典型的MMC控制模式：外環(huán)為直流電壓環(huán)及無(wú)功功率環(huán)、內(nèi)環(huán)為電流解耦控制。圖5中，U_{d2_ref}、U_d2分別表示逆變站MMC的直流電壓參考值與實(shí)際值，Q_ref、Q分別表示無(wú)功功率的參考值與實(shí)際值，i_{d_ref}、i_d、i_{q_ref}、i_q分別表示dq軸電流的參考值與實(shí)際值。u_d、u_q分別表示電壓dq軸分量，v_d、v_q分別表示dq軸調(diào)制電壓。

最大調(diào)制比控制模塊，是計(jì)算典型控制策略輸出的三相調(diào)制電壓v_k(k＝a,b,c)的峰值平均值v_m，再由式2計(jì)算后得到實(shí)時(shí)調(diào)制比m；最后，調(diào)制比m與調(diào)制比參考值m_ref＝1的偏差量進(jìn)入PI控制器，最終結(jié)果為直流電壓參考值偏差量ΔU_{d2_ref}，即修正的直流電壓參考值。

m＝2v_m/U_d2 (2)

式中，m表示調(diào)制比(半橋式MMC調(diào)制比m的線性范圍為0～1.0，正常運(yùn)行時(shí)通常在0.85～0.9之間)；v_m表示閥側(cè)三相調(diào)制相電壓峰值平均值。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)LCC-MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合直流系統(tǒng)在整流站發(fā)生交流不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)的穿越，提高直流功率的輸送能力；在發(fā)生嚴(yán)重三相對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)電流及過(guò)電壓現(xiàn)象，基于低壓限流的控制策略能夠快速恢復(fù)系統(tǒng)供電；而且，整流站與逆變站控制模式切換的判據(jù)均取自本站的電氣量，無(wú)需依賴(lài)站間通信。

以上是本發(fā)明對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，盡管是針對(duì)上述特定的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)明白在不脫離上述權(quán)利要求限定的本公開(kāi)范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種改變和修改。