MMC-HVDC黑启动模拟试验系统和试验方法技术方案

本发明专利技术涉及MMC‑HVDC黑启动模拟试验系统和试验方法，首先断开模拟试验开关，模拟其中一个电网失电，并断开两个电网对应的两个断路器；然后进行两个MMC的充电和启动操作，最后失电的电网对应的MMC输出的交流电压稳定后，检测第二电网的电压幅值和相位，并对第二电网的电压相位进行锁相，当第二电网的电压相位与第二MMC输出的交流电压的相位一致时，控制闭合第二断路器进行并网，实现黑启动的模拟试验。所以，该试验方法能够模拟在电网出现故障时有效实现电网的黑启动，实现对MMC‑HVDC黑启动的有效控制，并且能够对柔性直流输电系统进行黑启动性能研究，以指导换流器与控制保护系统的产品开发与工程实施。

【技术实现步骤摘要】
MMC-HVDC黑启动模拟试验系统和试验方法
本专利技术涉及一种MMC-HVDC黑启动模拟试验系统和试验方法。
技术介绍
随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的高压直流输电技术(Voltage-SourcedConverterHighVoltageDirectCurrent，VSC-HVDC)日益受到重视。模块化多电平换流器(MMC，ModularMultilevelConverter)是柔性直流输电系统应用中电压源换流器的一种，以其显著的优势广泛应用于柔性直流输电和新能源接入系统。采用VSC-HVDC作为黑启动电源实现电网黑启动的研究受到广泛关注。所谓黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电(不排除孤立小电网仍维持运行)，处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。相比于利用系统中的自启动能力的发电机组进行黑启动，MMC换流器作为黑启动电源具有明显优势，它不存在黑启动机组自励磁问题，而且，可通过软启动控制使交流电压按设定曲线变化，避免空载线路合闸过电压问题。首先，现有技术中针对MMC的黑启动能力的研究还处于起步阶段，而且现有的利用MMC进行电网黑启动的启动方式均是在真正的MMC-HVDC输电系统中，这种方式只有在真正的输电系统中实施过后才能够表明该启动方式正确与否，但是该启动方式如果一种错误的方式，那么，这不但会造成黑启动的失败，由于在真正的MMC-HVDC输电系统中进行黑启动，所以，一旦黑启动失败，供电区域内将会大面积地停电，会对企业生产造成巨大的经济损失，给居民日常生活带来很大的不便。当MMC-HVDC用于电网黑启动时，停电端可等效为无源网络，此时需要借助有源端实现换流站的启动，继而带动整个电网的恢复。对于两端网络(I端等效为有源端换流站系统，II端为无源端换流站系统)，II端大停电则两端换流站同时退出运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种MMC-HVDC黑启动模拟试验系统和试验方法。为实现上述目的，本专利技术的方案包括：一种MMC-HVDC黑启动模拟试验系统，其特征在于，包括I端换流站系统和II换流站系统，所述I端换流站系统包括第一MMC和用于控制所述第一MMC的第一控制系统，所述II端换流站系统包括第二MMC和用于控制所述第二MMC的第二控制系统，所述第一MMC的直流侧通过线路模拟装置连接第二MMC的直流侧，所述第一MMC的交流侧用于连接第一电网，第二MMC的交流侧用于连接第二电网，所述第一MMC的交流侧与第一电网之间的连接线路上串设有第一断路器，第二MMC的交流侧与第二电网之间的连接线路上串设有第二断路器，所述第二断路器与第二电网之间的连接线路上串设有模拟试验开关，所述线路模拟装置用于模拟所述第一MMC的直流侧与第二MMC的直流侧之间的实际传输线路。所述模拟试验系统还包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一电网通过所述第一开关供电连接所述第一控制系统，所述第二电网通过所述第三开关供电连接一个电动机，所述电动机与一个发电机机械传动连接，所述发电机的电能输出端连接到一个转换开关的一个动触点；所述第二断路器和模拟试验开关之间的连接点通过所述第二开关连接所述转换开关的另一个动触点，所述转换开关的静触点供电连接所述第二控制系统。所述第一MMC的交流侧与第一电网之间的连接线路上还串设有第一软启动装置，第二MMC的交流侧与第二电网之间的连接线路上还串设有第二软启动装置。所述线路模拟装置包括第一电阻组、第一电感组、第二电阻组、第二电感组、第一电容组、第二电容组、第三电容组和第四电容组，该线路模拟装置的正极输入端与正极输出端之间串设所述第一电阻组和第一电感组，该线路模拟装置的负极输入端与负极输出端之间串设所述第二电阻组和第二电感组，该线路模拟装置的正极输入端与负极输入端之间的连接线路上串设有第一电容组和第三电容组，正极输出端与负极输出端之间的连接线路上串设有第二电容组和第四电容组，第一电容组和第三电容组之间的连接点与第二电容组和第四电容组之间的连接点接地；所述第一电阻组和第二电阻组均由至少一个变阻器串联构成，所述第一电感组和第二电感组均为一个有若干个抽头的可调电感，所述第一电容组、第二电容组、第三电容组和第四电容组中的至少一个电容组为一个电容或者由至少两个电容并联构成。一种专用于上述MMC-HVDC黑启动模拟试验系统的MMC-HVDC黑启动模拟试验方法，包括以下步骤：(1)、断开模拟试验开关，模拟第二电网失电，并且断开第一断路器和第二断路器；(2)、闭合第一断路器，有源启动第一MMC，第二MMC处于无源启动状态，第一MMC和第二MMC中的子模块开始充电；(3)、在第一MMC和第二MMC中的子模块充电完成后，解锁第一MMC，并控制启动第一MMC；(4)、待第一MMC直流侧的直流电压稳定后，解锁第二MMC，并控制启动第二MMC；(5)、当第二MMC输出的交流电压稳定后，检测第二电网的电压幅值和相位，并对第二电网的电压相位进行锁相，当第二电网的电压相位与第二MMC输出的交流电压的相位一致时，控制闭合第二断路器进行并网，实现黑启动的模拟试验。在所述步骤(1)和步骤(2)之间，所述试验方法还包括以下步骤：闭合第一开关和第三开关，使第一电网通过第一开关为第一控制系统供电，使发电机发出的电能通过转换开关为第二控制系统供电。所述步骤(5)中，当所述第二MMC输出的交流电压稳定时，闭合模拟试验开关和第二开关，断开第三开关，通过转换开关使第二电网依次通过模拟试验开关和第二开关为第二控制系统供电。所述步骤(3)中，所述控制启动第一MMC时，第一MMC为定直流电压、定无功功率控制模式；所述步骤(4)中，所述控制启动第二MMC时，第二MMC为定交流电压、定交流频率控制模式。所述步骤(4)中，当第二MMC以定交流电压、定交流频率控制模式运行时，控制第二MMC交流侧的交流电压按照设定的电压增长率增大。本专利技术提供一种MMC-HVDC黑启动模拟试验系统，该试验系统能够对MMC-HVDC的黑启动能力进行模拟试验，不必专门在真正的MMC-HVDC输电系统中进行黑启动测试，利用该试验系统能够及时准确获知MMC-HVDC的黑启动能力，而且，即使模拟的黑启动试验失败，也不会产生严重的后果，避免了真正的MMC-HVDC输电系统在黑启动失败时造成的供电区域内的大面积停电。而且，本专利技术提供的黑启动模拟试验方法是对MMC-HVDC黑启动的模拟研究得到，利用该试验系统进行黑启动试验时，首先断开模拟试验开关，模拟其中一个电网失电，并断开两个电网对应的两个断路器；然后进行两个MMC的充电和启动操作，最后失电的电网对应的MMC输出的交流电压稳定后，检测第二电网的电压幅值和相位，并对第二电网的电压相位进行锁相，当第二电网的电压相位与第二MMC输出的交流电压的相位一致时，控制闭合第二断路器进行并网，实现黑启动的模拟试验。所以，该试验方法能够模拟在电网出现故障时有效实现电网的黑启动，实现对MMC-HVDC黑启动的有效控制，并且能够对柔性直流输电系统进行黑启动性能研究，以指导换流器(阀)与控制保护系统的产品开发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMC‑HVDC黑启动模拟试验系统，其特征在于，包括I端换流站系统和II换流站系统，所述I端换流站系统包括第一MMC和用于控制所述第一MMC的第一控制系统，所述II端换流站系统包括第二MMC和用于控制所述第二MMC的第二控制系统，所述第一MMC的直流侧通过线路模拟装置连接第二MMC的直流侧，所述第一MMC的交流侧用于连接第一电网，第二MMC的交流侧用于连接第二电网，所述第一MMC的交流侧与第一电网之间的连接线路上串设有第一断路器，第二MMC的交流侧与第二电网之间的连接线路上串设有第二断路器，所述第二断路器与第二电网之间的连接线路上串设有模拟试验开关，所述线路模拟装置用于模拟所述第一MMC的直流侧与第二MMC的直流侧之间的实际传输线路。

【技术特征摘要】
1.一种MMC-HVDC黑启动模拟试验系统，其特征在于，包括I端换流站系统和II换流站系统，所述I端换流站系统包括第一MMC和用于控制所述第一MMC的第一控制系统，所述II端换流站系统包括第二MMC和用于控制所述第二MMC的第二控制系统，所述第一MMC的直流侧通过线路模拟装置连接第二MMC的直流侧，所述第一MMC的交流侧用于连接第一电网，第二MMC的交流侧用于连接第二电网，所述第一MMC的交流侧与第一电网之间的连接线路上串设有第一断路器，第二MMC的交流侧与第二电网之间的连接线路上串设有第二断路器，所述第二断路器与第二电网之间的连接线路上串设有模拟试验开关，所述线路模拟装置用于模拟所述第一MMC的直流侧与第二MMC的直流侧之间的实际传输线路。2.根据权利要求1所述的MMC-HVDC黑启动模拟试验系统，其特征在于，所述模拟试验系统还包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一电网通过所述第一开关供电连接所述第一控制系统，所述第二电网通过所述第三开关供电连接一个电动机，所述电动机与一个发电机机械传动连接，所述发电机的电能输出端连接到一个转换开关的一个动触点；所述第二断路器和模拟试验开关之间的连接点通过所述第二开关连接所述转换开关的另一个动触点，所述转换开关的静触点供电连接所述第二控制系统。3.根据权利要求1或2所述的MMC-HVDC黑启动模拟试验系统，其特征在于，所述第一MMC的交流侧与第一电网之间的连接线路上还串设有第一软启动装置，第二MMC的交流侧与第二电网之间的连接线路上还串设有第二软启动装置。4.根据权利要求1或2所述的MMC-HVDC黑启动模拟试验系统，其特征在于，所述线路模拟装置包括第一电阻组、第一电感组、第二电阻组、第二电感组、第一电容组、第二电容组、第三电容组和第四电容组，该线路模拟装置的正极输入端与正极输出端之间串设所述第一电阻组和第一电感组，该线路模拟装置的负极输入端与负极输出端之间串设所述第二电阻组和第二电感组，该线路模拟装置的正极输入端与负极输入端之间的连接线路上串设有第一电容组和第三电容组，正极输出端与负极输出端之间的连接线路上串设有第二电容组和第四电容组，第一电容组和第三电容组之间的连接点与第二电容组和第四电容组之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范彩云，司志磊，韩坤，夏克鹏，甄帅，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41