一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器及控制方法，柔性环网控制器由两个对称单极模块化多电平换流器背靠背连接，其中一侧模块化多电平换流器经过联接变压器接入交流系统，另一侧换流器直接接入交流系统。控制方法包括：无变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式和有变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式。本发明专利技术提供的技术方案采用背靠背柔性直流输电技术即柔性环网控制器，实现城市电磁环网解列、潮流控制、无功功率调节、短路电流抑制等功能，在不增加电网短路电流水平、不降低电网稳定性的同时，增加电网运行的灵活性、可靠性，实现交流电网软分区运行。

Flexible ring net controller for electromagnetic ring network loop operation and control method thereof

The invention relates to a method for operating a flexible ring ring network controller and control method of electromagnetic loop network, flexible ring network controller is composed of two symmetrical monopole modular multilevel converter connected back-to-back, one side modular multilevel converter transformer connection access through the exchange, the other side converter direct access AC system. The control method includes the control mode of the single-phase AC fault of the transformer less side AC system and the control mode of the single-phase AC fault of the AC side of the transformer side. The technical scheme provided by the invention adopts back-to-back HVDC flexible flexible ring network controller, realize the city of electromagnetic loop network disconnection, flow control, reactive power regulation, short-circuit current suppression function, without increasing the short-circuit current level, does not reduce the stability of the power grid at the same time, increase the flexibility and reliability of power grid operation. Realization of AC power grid operation soft partition.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柔性直流输电(VSC-HVDC)
的控制器及控制方法，具体涉及一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器及控制方法。
技术介绍
随着电力系统的发展，城市电网传输的功率迅速增长，城市电网必须增建更高电压等级的送电线路。在此过程中，我国电网有两个典型特点：一是电网发展速度较快，短路电流超标问题突出；二是存在大量电磁环网，送电能力受限。电磁环网是指不同电压等级的线路通过线路两端变压器的电磁回路连接而成的并联环路。其示意图如图1所示。线路L1运行电压U1大于线路L2运行电压U2，T1、T2是线路两端的变压器，线路L1、L2经过变压器T1、T2的磁回路联系形成电磁环网。在高一级电压电网发展的初期，高低压电磁环网所通过的潮流不大，它的存在可提高电网供电可靠性、灵活性。一般而言，只要不影响电网安全稳定运行和不受短路容量限制，可以维持电磁环网运行。但随着高一级电压电网的发展，传输负荷不断增大，电磁环网成为电力系统严重的事故隐患，给电网运行带来很多问题。为了消除环网运行的常规办法是将其解环，实现电网分区运行。由于电网发展的复杂性和多样性，已有电磁环网解环后电网运行方式将发生较大改变，电网运行出现新的特点，解环前需要综合考虑多种因素，比如：何时解环、在何处解环、如何分区等问题。针对以上问题必须进行潮流、稳定、短路等多方面的计算分析，同时还要考虑对运行产生的影响等问题，综合利弊作出决策。常规的解环方法虽然可解决环网运行带来的短路电流超标、稳定性降低等问题，但是也会降低电网运行的可靠性和灵活性。柔性直流输电技术主要应用于风电并网、城市供电、电网互联、海上平台供电等领域，在交流电网解环方面尚无应用。而柔性直流输电技术能够灵活地控制有功无功传输，具有不会对交流系统的短路电流水平产生影响、隔绝交流系统故障等优点。当系统发生故障时，柔性直流可以迅速隔离电网，避免事故影响扩大，而且可以提高系统阻尼，抑制弱交流互联可能带来的低频振荡。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器及控制方法，本专利技术在交直流故障下具有很好的响应特性，同时结构紧凑，占地和设备投资较小，兼顾了技术要求和经济性要求。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器，其改进之处在于，所述柔性环网控制器由两个对称单极模块化多电平换流器背靠背连接，其中一侧模块化多电平换流器经过联接变压器接入交流系统，另一侧换流器直接接入交流系统。进一步地，对于无变压器侧换流器，由三相六桥臂构成，每个桥臂由子模块串联构成，设换流器桥臂子模块数量为N，则其中有N/2个子模块为全桥结构，构成全桥子模块阀段；另外N/2个子模块为半桥结构，构成半桥子模块阀段；所述半桥子模块阀段和全桥子模块阀段构成混合子模块桥臂。进一步地，对于有变压器侧换流器，由三相六桥臂构成，每个桥臂均由半桥子模块串联构成，每个桥臂半桥子模块数量为N。进一步地，所述柔性环网控制器利用性环网控制器所连接的交流电力系统接地作为换流器运行的参考地电位。本专利技术提供一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器的控制方法，其改进之处在于，所述控制方法包括：无变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式和有变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式。进一步地，柔性环网控制器正常运行情况下，设A、B、C相中的一相为i相，其上下桥臂的输出电压分别为：式中，uc为柔性环网控制器交流侧输出电压，Udc为柔性环网控制器直流侧电压，ui1和ui2分别为上下桥臂输出电压；无变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式包括：无变压器侧交流系统单相接地故障时，非故障相电压上升至额定电压的1.4倍，为1.4Ucm，此时若桥臂子模块均为半桥结构，则桥臂输出电压ui1和ui2的峰值将超出直流电压上限，谷值将出现负值，其输出交流电压畸变将引起电流畸变，此时暂时性的降低直流电压为Udc’/2，使ui1＝Udc’/2-Ucm和ui2＝Udc’/2+Ucm下降到桥臂输出能力范围之内，实现交流电压的无畸变输出；Ucm是指柔性环网控制器交流侧输出电压的峰值；Udc’表示直流电压比Udc小，是实现交流电压无畸变输出时的最大直流电压。进一步地，有变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式包括：有变压器侧交流系统单相接地故障时，由于联接变压器具备隔离零序的作用，交流电流可控，通过柔性环网控制器的故障穿越控制策略实现换流器的持续运行，所述故障穿越控制策略是指当环网控制器所连接的交流系统发生故障时，通过柔性环网控制器的控制系统的相应控制策略的作用，使得柔性环网控制器能够穿越故障从而持续运行。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是：1)采用一侧通过联接变压器接入交流系统，另一侧直接接入交流系统的方式，结构紧凑，兼顾了柔性环网控制器的经济性和技术性；2)利用系统接地作为环网控制器的参考地电位，省去了专用接地装置，避免了专用接地装置难以实现的问题。3)直流故障时，本专利技术所提环网控制器拓扑具有故障清除能力，无需交流断路器参与，故障恢复快。4)本专利技术采用背靠背柔性直流输电技术即柔性环网控制器，实现城市电磁环网解列、潮流控制、无功功率调节、短路电流抑制等功能，在不增加电网短路电流水平、不降低电网稳定性的同时，增加电网运行的灵活性、可靠性，实现交流电网软分区运行。附图说明图1是电磁环网示意图；图2是本专利技术提供的柔性环网控制器拓扑(单相示意图)；图3是本专利技术提供的混合子模块桥臂接线示意图；图4是本专利技术提供的换流器正常运行时上下桥臂输出电压及交流输出电压波形图；图5是本专利技术提供的半桥子模块桥臂换流器在单相接地故障时的响应波形图；图6是本专利技术提供的混合子模块桥臂换流器在单相接地故障时的响应波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。以下描述和附图充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。本专利技术所提柔性环网控制器的拓扑如图2所示。其基本结构为两个对称单极模块化多电平换流器背靠背连接，其中一侧换流器经过联接变压器接入交流系统，另一侧换流器直接接入交流系统。对于无变压器侧换流器，每个桥臂由若干子模块串联构成，假设换流器桥臂子模块数量为N，则其中有N/2个子模块为全桥结构，构成全桥子模块阀段；另外N/2个子模块为半桥结构，构成半桥子模块阀段。半桥子模块阀段和全桥子模块阀段构成混合子模块桥臂。混合子模块桥臂的接线示意图见图3。对于有变压器侧换流器，其每个桥臂均由半桥子模块串联构成，假设每桥臂半桥子模块数量为N。正常运行情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器，其特征在于，所述柔性环网控制器由两个对称单极模块化多电平换流器背靠背连接，其中一侧模块化多电平换流器经过联接变压器接入交流系统，另一侧换流器直接接入交流系统。

【技术特征摘要】
1.一种用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器，其特征在于，所述柔性环网控制器由两个对称单极模块化多电平换流器背靠背连接，其中一侧模块化多电平换流器经过联接变压器接入交流系统，另一侧换流器直接接入交流系统。2.如权利要求1所述的柔性环网控制器，其特征在于，对于无变压器侧换流器，由三相六桥臂构成，每个桥臂由子模块串联构成，设换流器桥臂子模块数量为N，则其中有N/2个子模块为全桥结构，构成全桥子模块阀段；另外N/2个子模块为半桥结构，构成半桥子模块阀段；所述半桥子模块阀段和全桥子模块阀段构成混合子模块桥臂。3.如权利要求1所述的柔性环网控制器，其特征在于，对于有变压器侧换流器，由三相六桥臂构成，每个桥臂均由半桥子模块串联构成，每个桥臂半桥子模块数量为N。4.如权利要求1所述的柔性环网控制器，其特征在于，所述柔性环网控制器利用性环网控制器所连接的交流电力系统接地作为换流器运行的参考地电位。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的用于电磁环网解环运行的柔性环网控制器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：无变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式和有变压器侧交流系统单相接地故障时的控制方式。6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，柔性环网控制器正常运行情况下，设A、B、C相中的一相为i相，其上下桥臂的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，季兰兰，庞辉，阳岳希，李强，周杨，别晓玉，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院，国网辽宁省电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11