一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了电力电子控制领域的一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统，旨在解决特高压混合级联直流输电系统逆变侧LCC直流连续换相失败的问题。其包括：获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；基于交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，从而满足预设的要求；其中，调相机强励控制模块控制调相机发出无功补偿；MMC无功调节模块控制各MMC提高无功输出。本发明专利技术可以充分发挥MMC自身无功调节以及调相机暂态强励控制下无功补偿的能力，抑制直流发生连续换相失败，提高故障后特高压混合级联直流输电系统暂态特性。联直流输电系统暂态特性。联直流输电系统暂态特性。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统


[0001]本专利技术涉及一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统，属于电力电子领域。

技术介绍

[0002]由于我国能源分布与负荷中心呈逆向性分布，需通过远距离进行输电。特高压直流输电系统在大规模远距离输电上具有输送容量大、调节快速运行可靠、线路故障时有自防护能力等优势。采用换相换流器(Line
‑
commuted Converter,LCC)的传统直流输电系统技术成熟但存在电流方向固定、需消耗大量无功且特征谐波多等问题。柔性直流输电系统采用全控型IGBT器件，克服了传统直流输电的固有缺陷，但也存在单位造价、损耗相对偏高的问题。
[0003]特高压混合级联直流输电系统兼具了传统直流输电和柔性直流输电的优势，但当受端发生严重的交流故障时，逆变侧LCC仍存在换相失败的风险。随着故障严重程度的加深，直流系统甚至会发生连续换相失败。为系统提供无功补偿能够有效抑制换相失败的发生，传统的无功补偿装置包括静止同步补偿器(STATCOM)、静止无功补偿器(SVC)、调相机等，随着新一代调相机的研发成功，调相机的性能得到全方位提高，目前已广泛运用到国家多个直流工程中，但依然存在着调相机因持续强励运行时间过长而损害到自身使用寿命，影响自身正常运行等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统，解决特高压混合级联直流输电系统在受端发生严重交流故障时，抑制连续换相失败的发生以及改善故障后系统暂态稳定性的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种抑制直流连续换相失败的控制方法，包括：
[0007]获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；
[0008]基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。
[0009]可选地，所述换相失败临界电压上下限值U
cr2
和U
cr1
分别由下式定义：
[0010][0011][0012]其中，R
eq
＝R
cr
+R
d
‑
R
ci
，R
cr
＝(3/π)X
cr
，R
ci
＝(3/π)X
ci
，U
LC
为受端交流母线电压额定有效值；β、γ分别为逆变侧LCC额定触发超前角和熄弧角；γ
min
为极限熄弧角；X
cr
、X
ci
分别为整流侧和逆变侧的换相电抗；R
d
为直流电阻；U
dr0
为整流侧不计触发延迟时的空载直流电压；α
r
为整流侧触发延迟角；k为换流变压器变比；b为串联桥的数目。
[0013]可选地，所述基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，具体包括以下步骤：
[0014]当特高压混合级联直流输电系统出现交流故障，且交流母线电压U
L
与换相失败临界电压上限值U
cr2
满足U
L
<U
cr2
时，则投入所述调相机强励控制模块，使得调相机进入强励磁状态，并导致交流母线电压持续跌落，若跌落后的交流母线电压U
L
'与换相失败临界电压下限值U
cr1
满足U
L
′
<U
cr1
时，则判定发生首次换相失败；
[0015]投入所述MMC无功调节模块，使得交流母线电压在由MMC无功调节模块控制的各MMC以及处于定熄弧角控制方式下的逆变侧LCC的作用下上升，若上升后的交流母线电压U
L
″
大于换相失败临界电压上限值U
cr2
时，则切除所述调相机强励控制模块，由所述MMC无功调节模块控制各MCC为特高压混合级联直流输电系统补偿所需无功；
[0016]经过预设延时后，若仍然能够保持交流母线电压大于换相失败临界电压上限值U
cr2
，则表明交流母线电压未发生二次跌落；
[0017]当交流母线电压大于预设值时，所述预设值大于换相失败临界电压上限值U
cr2
，表明系统恢复稳态运行，切除所述MMC无功调节模块。
[0018]可选地，所述逆变侧LCC在特高压混合级联直流输电系统稳态运行情况下采用定直流电压控制方式；在特高压混合级联直流输电系统发生交流故障后，逆变侧LCC从定直流电压控制方式切换至定熄弧角控制方式。
[0019]可选地，所述定直流电压控制方式是直流电压实际值U
dc2
与直流电压设定值作差，再经PI调节后生成触发角α；
[0020]所述定熄弧角控制方式是取熄弧角γ一个周期内的最小值再与熄弧角设定值γ
*
作差，再经PI调节后生成触发角α。
[0021]可选地，当调相机强励控制模块处于投入状态时，调相机进入强励状态，发出额定容量2倍以上无功功率。
[0022]可选地，受端包括顺次级联的MMC1、MMC2和MMC3，三者均与受端的交流母线相连；
[0023]当MMC无功调节模块处于投入状态时，MMC1由定无功功率控制切换至定交流电压控制，提高无功功率输出；
[0024]MMC2和MCC3处于定无功功率控制，将熄弧角额定值γN与每一周期中熄弧角γ的最小值作差，通过PI环节以及限幅后得到所需无功功率补偿量的参考值ΔQ，再将参考值ΔQ平均分配给MMC2和MMC3；在MMC2和MCC3的定无功功率控制中，分别加入ΔQ/2，增大无功功率输出。
[0025]可选地，所述定交流电压控制是将直流电压设定值U
dc_ref
与直流电压实际值U
dc
作差，再经PI环节生成有功电流i
d_ref
传入内环电流控制器；
[0026]所述定无功功率控制是将无功功率设定值Q
ref
与无功功率实际值Q
m
作差，再经PI环节生成无功电流i
q_ref
传入内环电流控制器。
[0027]第二方面，本专利技术提供了一种抑制直流连续换相失败的控制装置，包括：
[0028]获取模块，用于获取特高压混合级联直流输电系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于，包括：获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。2.根据权利要求1所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于，所述换相失败临界电压上下限值U
cr2
和U
cr1
分别由下式定义：分别由下式定义：其中，R
eq
＝R
cr
+R
d
‑
R
ci
，R
cr
＝(3/π)X
cr
，R
ci
＝(3/π)X
ci
，U
LC
为受端交流母线电压额定有效值；β、γ分别为逆变侧LCC额定触发超前角和熄弧角；γ
min
为极限熄弧角；X
cr
、X
ci
分别为整流侧和逆变侧的换相电抗；R
d
为直流电阻；U
dr0
为整流侧不计触发延迟时的空载直流电压；α
r
为整流侧触发延迟角；k为换流变压器变比；b为串联桥的数目。3.根据权利要求1或2所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于，所述基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，具体包括以下步骤：当特高压混合级联直流输电系统出现交流故障，且交流母线电压U
L
与换相失败临界电压上限值U
cr2
满足U
L
<U
cr2
时，则投入所述调相机强励控制模块，使得调相机进入强励磁状态，并导致交流母线电压持续跌落，若跌落后的交流母线电压U
L
'与换相失败临界电压下限值U
cr1
满足U
L
′
<U
cr1
时，则判定发生首次换相失败；投入所述MMC无功调节模块，使得交流母线电压在由MMC无功调节模块控制的各MMC以及处于定熄弧角控制方式下的逆变侧LCC的作用下上升，若上升后的交流母线电压U
L”大于换相失败临界电压上限值U
cr2
时，则切除所述调相机强励控制模块，由所述MMC无功调节模块控制各MCC为特高压混合级联直流输电系统补偿所需无功；经过预设延时后，若仍然能够保持交流母线电压大于换相失败临界电压上限值U
cr2

【专利技术属性】
技术研发人员：林金娇，郑俊超，孔祥平，周琦，宾子君，李鹏，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：