混合多端直流輸電系統(tǒng)及其逆變站和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多端直流輸電系統(tǒng)，更具體地說，涉及混合多端直流輸電系統(tǒng)及其逆變站和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示出傳統(tǒng)的混合多端直流輸電系統(tǒng)。如圖1所示，混合多端直流輸電系統(tǒng)I包括作為整流站的電網(wǎng)換相換流器100 (LCC:Line Commutated Converter)和至少兩個分別作為逆變站的電壓源換流器110，111 (VSC:Voltage Source Converter) o該混合直流多端輸電系統(tǒng)融合了常規(guī)直流輸電系統(tǒng)(LCC HVDC)和輕型直流輸電系統(tǒng)(VSC HVDC)的各自優(yōu)勢，同時摒棄了其兩中直流輸電系統(tǒng)的缺點。例如，該混合多端直流輸電系統(tǒng)相比于輕型直流輸電系統(tǒng)具有低成本、低功率損耗的優(yōu)點，同時相比于常規(guī)直流輸電系統(tǒng)在高安全要求電網(wǎng)或弱電網(wǎng)(電網(wǎng)電源容量極小，甚至無電源)連接下的逆變器具有明顯的性能優(yōu)勢。
[0003]在該混合多端直流輸電系統(tǒng)I中，相對于每個電壓源換流器逆變站，電網(wǎng)換相換流器整流站在該系統(tǒng)中占據(jù)相對大的容量，由其整流得到的直流電能傳輸給多個電壓源換流器逆變站并逆變?yōu)榻涣麟娔?。因此，該電網(wǎng)換相換流器100用于作為直流電壓控制端，而電壓源換流器110，111作為逆變器分別控制其自身的功率。對于上述混合多端直流輸電系統(tǒng)獨特的控制策略，其控制系統(tǒng)存在如下技術(shù)問題。當(dāng)電網(wǎng)換相換流器由于一些原因失去其電壓控制能力，那么電網(wǎng)換相換流器的功率傳輸將中斷，進而整個系統(tǒng)將不得不停止運行。這將是該系統(tǒng)應(yīng)用中的一個挑戰(zhàn)，因為對于連接高安全要求電網(wǎng)的電壓源換流器往往要求不間斷的電力供應(yīng)。
[0004]為了滿足上述要求，保證其中一個電壓源換流器逆變站的電力供應(yīng)，該混合多端直流輸電系統(tǒng)需要有一個后備直流電壓控制端。一種現(xiàn)有的方法是通過集中控制借助快速通信進行整流站和逆變站調(diào)配的主從控制方法。這種基于站間通信的控制方法在題為Challenges with Mult1-Terminal UHVDC Transmiss1ns 的論文中進行了討論，其作者為Lescale, V.F.等，發(fā)表于Power System Technology and IEEE Power India Conference,2008年10月12-15日。然而，在傳統(tǒng)的基于電網(wǎng)換相換流器的多端直流輸電系統(tǒng)，這種基于整流站和逆變站之間快速通信的集中控制方法通常會引起可靠性問題。在快速通信設(shè)備故障期間，系統(tǒng)任何一個換流站發(fā)生的故障由于不能及時調(diào)整控制參數(shù)都有可能造成功率傳輸下降或系統(tǒng)整體故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種混合多端直流輸電系統(tǒng)，包括:包括LCC的整流站，用于將來自電源的交流電能整流為具有期望直流電壓值的直流電能并且將該直流電能饋送至直流傳輸線；至少兩個包括VSC的逆變站，用于分別將來自所述直流傳輸線的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔懿⒆⑷胫辽賰蓚€交流電網(wǎng)，其中每個所述VSC包括用于電氣耦合該直流傳輸線的第一直流端和用于電氣耦合地的第二直流端，所述各個VSC的第一直流端彼此電氣耦合；電壓檢測部件，用于檢測位于所述逆變站側(cè)的所述直流傳輸線的直流電壓值；和位于所述逆變站側(cè)的VSC控制系統(tǒng)，用于在所檢測的直流電壓值低于一預(yù)定值的情況下，控制所述VSC中的一部分VSC從逆變模式切換至整流模式、控制所述VSC中的其他部分VSC保持逆變模式以及控制工作在整流模式的VSC使其直流電壓基本上穩(wěn)定在所述預(yù)定值。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種混合多端直流輸電系統(tǒng)的逆變站，包括:VSC，用于將來自直流傳輸線的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔懿⒆⑷虢涣麟娋W(wǎng)，其包括用于電氣耦合該直流傳輸線的第一直流端和用于電氣耦合地的第二直流端，其第一直流端與其他逆變站的VSC電氣耦合；電壓檢測部件，用于檢測位于所述逆變站側(cè)的所述直流傳輸線的直流電壓值；和位于所述逆變站側(cè)的VSC控制系統(tǒng)，用于在所檢測的直流電壓值低于一預(yù)定值的情況下，控制所述該VSC從逆變模式切換至整流模式使其直流電壓基本上穩(wěn)定在所述預(yù)定值。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種混合多端直流輸電系統(tǒng)的的分布式控制方法，包括:檢測位于所述逆變站側(cè)的所述直流傳輸線的直流電壓值；以及在所檢測的直流電壓值低于一預(yù)定值的情況下，控制多個逆變站的VSC中的一部分從逆變模式切換至整流模式、控制所述多個逆變站的VSC的其他部分保持逆變模式以及控制工作在整流模式的VSC使其直流電壓基本上穩(wěn)定在所述預(yù)定值。
[0008]因為對直流傳輸線的直流電壓的跌落的檢測和逆變站VSC運行模式的控制都位于逆變站一側(cè)，也就是說整流站的故障信息可以從直流傳輸線位于逆變站側(cè)的直流電壓得到，所以整流站和逆變站各自可以采取相應(yīng)的動作(分散控制)來解決整流站退出混合多端直流系統(tǒng)后某些換流站不能中斷功率供應(yīng)的問題而無需快速站間通信。這增強了系統(tǒng)的魯棒性，使得該系統(tǒng)在高電網(wǎng)安全要求的應(yīng)用中更安全可靠。同時，由于減少了站間通信設(shè)備的開銷，降低了成本。
[0009]最好，在所述混合多端直流輸電系統(tǒng)中，在至少兩個逆變站的VSC從逆變模式切換至整流模式的條件下，所述VSC控制系統(tǒng)設(shè)定處于整流模式的VSC之間傳輸有功功率的比例，對其中之一做電壓控制使其直流電壓基本上穩(wěn)定在所述預(yù)定值并且按照所述設(shè)定的有功功率的比例控制其他的VSC的輸出功率。
[0010]最好，在所述混合多端直流輸電系統(tǒng)的的分布式控制方法中，在至少兩個逆變站的VSC從逆變模式切換至整流模式的條件下，設(shè)定處于整流模式的VSC之間傳輸有功功率的比例，對其中之一做電壓控制使其直流電壓基本上穩(wěn)定在所述預(yù)定值并且按照所述設(shè)定的有功功率的比例控制其他的VSC的輸出功率。
[0011]當(dāng)系統(tǒng)失去整流站的LCC并且在無需站間通信的條件下，至少兩個逆變站的VSC可以自動反轉(zhuǎn)功率。并且，在這些VSC的直流電壓裕度具有較小的差別的條件下，可以抑制不期望出現(xiàn)的電壓控制端的擺動。
【附圖說明】
[0012]圖1示出傳統(tǒng)的混合多端直流輸電系統(tǒng)；
[0013]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的混合多端直流輸電系統(tǒng)；
[0014]圖3示出根據(jù)圖2所示的混合多端直流輸電系統(tǒng)的分散控制狀態(tài)圖；
[0015]圖4示出根據(jù)圖2所示的混合多端直流輸電系統(tǒng)的VSC控制系統(tǒng)204的模塊圖；
[0016]圖5示出圖4所示的混合多端直流輸電系統(tǒng)的VSC控制系統(tǒng)所控制的整流站的LCC和逆變站的VSC在整流站LCC退出和接入的狀態(tài)下直流電壓和直流電流的波形圖；
[0017]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的混合多端直流輸電系統(tǒng)；
[0018]圖7示出處于整流模式的VSC的直流電壓斜率特性；
[0019]圖8示出根據(jù)圖6所示的混合多端直流輸電系統(tǒng)的分散控制狀態(tài)圖；和
[0020]圖9示出根據(jù)圖6所示的混合多端直流輸電系統(tǒng)的VSC控制系統(tǒng)的模塊圖。
【具體實施方式】
[0021]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的混合多端直流輸電系統(tǒng)。如圖2所示，混合多端直流輸電系統(tǒng)2包括:整流站200，兩個逆變站201，202，電壓檢測部件203和VSC控制系統(tǒng)204。整流站200的變換器由LCC構(gòu)成。整流站200的LCC將來自電源S的交流電能整流為具有期望直流電壓值的直流電能并且將該直流電能饋送至直流傳輸線205。
[0022]逆變站201，202的變換器由VSC構(gòu)成。逆變站201，202的VSC將來自直流傳輸線205的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔懿⒆⑷虢涣麟娋W(wǎng)Gl，G2。每個VSC包括用于電氣耦合直流傳輸線205的第一直流端和用于電氣耦合地的第二直流端，并且各個VSC的第一直流端彼此電氣耦合。在該混合多端直流輸電系統(tǒng)2中，相對于每個電壓源換流器逆變站201，202而言，電網(wǎng)換相換流器整流站200在該系統(tǒng)中占據(jù)相對大的容量，由其整流得到的直流電能傳輸給多個電壓源換流器逆變站201，202并逆變?yōu)榻涣麟娔?。因此，該電網(wǎng)換相換流器200用于作為直流電壓控制端，而電壓源換流器201，202作為逆變器分別控制其自身的傳輸功率。
[0023]電壓檢測部件203檢測位于逆變站201，202側(cè)的直流傳輸線205的直流電壓值。