一種電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法。電壓源型換流器應(yīng)用在柔性直流輸電系統(tǒng)中單極或者雙極拓?fù)渲校瑯O控制系統(tǒng)收到水冷過負(fù)荷限制電流指令時(shí)，按照指定斜率同時(shí)改變有功和無功指令，使得換流器的橋臂電流絕對值按照固定的斜率下降，并且可以保證有功和無功同時(shí)降到0，實(shí)現(xiàn)通過降橋臂電流方式達(dá)到換流器水冷限負(fù)荷目標(biāo)，在極控制系統(tǒng)收到的水冷過負(fù)荷限制功率指令解除后，有功和無功保持當(dāng)前數(shù)值不變，下次收到水冷過負(fù)荷限制功率指令后繼續(xù)在當(dāng)前的功率數(shù)值基礎(chǔ)上繼續(xù)下降，直到下降到0功率為止，本方法在電壓源型單極或者雙極拓?fù)渲袑?shí)現(xiàn)水冷過負(fù)荷限制功率功能，保證換流閥過負(fù)荷時(shí)安全運(yùn)行，操作過程簡單可靠，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】
一種電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于直流輸電領(lǐng)域，特別涉及一種電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性直流輸電采用電壓源換流器，可以獨(dú)立調(diào)節(jié)有功和無功的傳輸、提高交流系 統(tǒng)的輸電能力，易于構(gòu)成多端直流輸電系統(tǒng)，在可再生能源的發(fā)電并網(wǎng)、孤島城市供電以及 交流系統(tǒng)互聯(lián)等應(yīng)用領(lǐng)域，具有明顯的競爭力。
[0003] 目前柔性直流輸電電壓源換流器拓?fù)涠嗖捎媚K化多電平(modular multilevel converter) 技術(shù)，換流器正常工作狀態(tài)下六個(gè)橋臂通過電流， 以及模塊自身開關(guān)器 件開通關(guān)斷引起熱損耗，需要一定水冷冷卻容量降低溫度，保證模塊正常工作，但如果水冷 容量不足情況下，會(huì)引起閥出水水溫過高導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作，此時(shí)水冷控制系統(tǒng)檢測 水溫過高會(huì)預(yù)先給上位機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送水冷過負(fù)荷限制電流指令。
[0004] 目前上位機(jī)收到水冷過負(fù)荷限制電流指令后，處理方式可以一般可以采用降低運(yùn) 行直流電流方式，或者采用動(dòng)態(tài)電流限幅控制方式，前者多用于電流源型傳統(tǒng)直流輸電方 式，后者屬于內(nèi)環(huán)電流限制，多用于暫態(tài)電流限制，在電壓源換流器過負(fù)荷限電流時(shí)都有一 定應(yīng)用的局限性，因?yàn)殡妷涸磽Q流器的橋臂電流不僅包括有功成分，同時(shí)也包括無功電流 成分，僅僅在降低直流電流后不能完全滿足過負(fù)荷限制橋臂電流目標(biāo)，暫態(tài)電流限制具有 較快響應(yīng)速度，一般用于暫態(tài)控制，不適合過負(fù)荷時(shí)要求的電流限制要求。本文提出的方法 適用于單極或者雙極拓?fù)潆妷涸葱蛽Q流器的過負(fù)荷限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法。該方法應(yīng)用在柔性直 流輸電系統(tǒng)中單極或者雙極拓?fù)渲?，極控制系統(tǒng)收到水冷過負(fù)荷限制電流指令時(shí)，按照指 定斜率改變有功和無功指令，使得換流器的橋臂電流絕對值按照固定的斜率下降，并且可 以保證有功和無功同時(shí)降到〇,實(shí)現(xiàn)通過降橋臂電流方式達(dá)到換流器水冷限負(fù)荷目標(biāo)，保證 換流閥過負(fù)荷時(shí)安全運(yùn)行。
[0006] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0007] 上層控制主機(jī)收到水冷過負(fù)荷限制電流指令時(shí)，通過同時(shí)按照指定斜率同時(shí)改變 有功和無功指令，使得換流器的橋臂電流絕對值按照固定的斜率下降，功率下降過程中，有 功指令和無功指令按照斜率變化方法如下：
[0008] 有功指令為：
[0009]
[0010] Po為水冷限負(fù)荷前換流器輸出有功功率，Sig(Po)表示取初始有功功率的正負(fù)符 號(hào)，RAMP_P為正的數(shù)值，表示斜率，一般取一個(gè)正的常數(shù)，表示每分鐘多少M(fèi)W，土取正或者負(fù) 由初始有功功率Po的正負(fù)決定，如果初始有功功率P〇>〇，取負(fù)，如果初始有功功率P〇〈〇，取 正，無功指令變化將按照初始有功和無功的比例以固定斜率改變指令大小。
[0011] 無功指令變化為：
[0012]
[0013] 按照這種方式改變過負(fù)荷限制極有功和無功，可以保證橋臂電流按照斜率均勻下 降變化，用于消除因?yàn)闃虮垭娏饕饓涸磽Q流器損耗發(fā)熱導(dǎo)致水冷卻容量不足引起換流器 過載現(xiàn)象。
[0014] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，有功指令變化和無功指令變化是相互 獨(dú)立的，可以按照上述方式同時(shí)降有功和無功，也可以不改變本站無功指令，僅僅改變有功 指令。
[0015] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，在有功功率控制站收到水冷過負(fù)荷限 制電流指令，按照上述有功和無功指令變化修改自身指令，直流電壓控制站收到水冷過負(fù) 荷限制電流指令，通過站間通訊向?qū)φ菊埱蟀l(fā)送降有功指令，同時(shí)改變本站無功指令，功率 控制站收到對站請求降功率指令，按照上述方式改變有功指令，但并不改變本站無功指令，
[0016] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，在上層控制主機(jī)收到的水冷過負(fù)荷限 制功率指令解除后，有功和無功保持當(dāng)前數(shù)值不變，手動(dòng)重新輸入新的功率變化斜率和功 率指令數(shù)值，有功或者無功將按照新的變化斜率升降到新的功率指令大小，下次收到水冷 過負(fù)荷限制功率指令后繼續(xù)在當(dāng)前的功率數(shù)值基礎(chǔ)上繼續(xù)下降，只到下降到〇功率為止；
[0017] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，一個(gè)極過負(fù)荷受 限后單獨(dú)改變自身的有功功率和無功功率，另外一個(gè)極的有功功率和無功功率根據(jù)運(yùn)行需 要調(diào)整，有功跟隨功率受限的極的大小同樣變化，或者保持按總的有功不變的原則，用總的 有功指令減去受限制極的實(shí)測有功數(shù)值;無功功率按保持總的無功不變的原則，用總的無 功指令減去受限制極的實(shí)測無功數(shù)值，作為另外一極的無功指令。
[0018] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法應(yīng)用在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中時(shí)，如果雙極拓 撲結(jié)構(gòu)采用金屬回線運(yùn)行方式時(shí)，當(dāng)一個(gè)極由于過負(fù)荷受限后單獨(dú)改變本極有功和無功， 另外一個(gè)極保持總的有功和無功不變的方法是，讓過負(fù)荷受限制的極切換到單極功率控 制，含義是該極功率按照權(quán)利1所述方式，單獨(dú)改變自身有功功率以及無功指令，另外一個(gè) 極則保持控制方式不變，通過通訊方式得到過負(fù)荷限制一極的實(shí)測有功和無功數(shù)值，用總 的有功和無功指令減去受限制極的有功和無功數(shù)值，作為不受限制極的有功和無功指令。
[0019] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法應(yīng)用在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中時(shí)，如果雙極拓 撲結(jié)構(gòu)采用大地回線運(yùn)行方式時(shí)，當(dāng)一個(gè)極由于過負(fù)荷受限后單獨(dú)改變本極有功和無功， 另外一個(gè)極跟蹤受限制極，通過極間通訊接收實(shí)測有功數(shù)值，功率指令等于另外一極的實(shí) 測功率大小，因此保持大地回線電流始終等于0。無功則用總的無功指令減去受限制極的實(shí) 測無功數(shù)值，作為另外一極的無功指令，目的是保持總的無功不變。
[0020] 采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果為：
[0021] (1)按照這種方式改變過負(fù)荷限制極有功和無功，可以保證橋臂電流按照斜率均 勻下降變化，用于消除因?yàn)闃虮垭娏饕饓涸磽Q流器損耗發(fā)熱導(dǎo)致水冷卻容量不足引起換 流器過載現(xiàn)象。
[0022] (2)該方法適用于雙極拓?fù)渲薪饘倩鼐€運(yùn)行方式以及大地回線方式運(yùn)行時(shí)，當(dāng)其 中一個(gè)極過負(fù)荷限制時(shí)，通過另外一個(gè)極的有功和無功補(bǔ)償作用保持總的有功和無功不 變，或者保持大地回線方式運(yùn)行的接地電流始終為O。
【附圖說明】
[0023] 圖I (a)是雙極拓?fù)湎陆饘倩鼐€運(yùn)行；圖I (b)是雙極拓?fù)湎麓蟮鼗鼐€運(yùn)行，麗C表示 modular multi-level converter模塊化多電平換流器；
[0024] 圖2是本發(fā)明中換流器最大輸出有功功率和網(wǎng)側(cè)交流電壓之間關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明的目的是提供一種電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法。該方法應(yīng)用在柔性直 流輸電系統(tǒng)中單極或者雙極拓?fù)渲?，見圖2所示，極1上層控制主機(jī)103收到水冷控制系統(tǒng) 101過負(fù)荷限制電流指令102時(shí)，按照指定斜率同時(shí)改變有功和無功指令，使得換流器的橋 臂電流絕對值按照固定的斜率下降，并且可以保證有功和無功同時(shí)降到〇,實(shí)現(xiàn)通過降橋臂 電流方式達(dá)到換流器水冷限負(fù)荷目標(biāo)，采用該方式可以在極控制系統(tǒng)收到的水冷過負(fù)荷限 制功率指令解除后，有功和無功保持當(dāng)前數(shù)值不變，下次收到水冷過負(fù)荷限制功率指令后 繼續(xù)在當(dāng)前的功率數(shù)值基礎(chǔ)上繼續(xù)下降，直到下降到0功率為止，本方法可以在電壓源型單 極或者雙極拓?fù)渲袑?shí)現(xiàn)水冷過負(fù)荷限制功率功能，保證換流閥過負(fù)荷時(shí)安全運(yùn)行。
[0026] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的實(shí)施方式為：
[0027] 上層控制主機(jī)103收到水冷控制系統(tǒng)101過負(fù)荷限制電流指令102時(shí)，通過同時(shí)按 照指定斜率同時(shí)改變有功和無功指令，使得換流器的橋臂電流絕對值按照固定的斜率下 降，功率下降過程中，有功指令和無功指令按照斜率變化方法如下：
[0028]有功指令為：
[0029]
[0030] Po為水冷限負(fù)荷前換流器輸出有功功率，Sig(Po)表示取初始有功功率的正負(fù)符 號(hào)，RAMP_P為正的數(shù)值，表示斜率，一般取一個(gè)正的常數(shù)，表示每分鐘多少M(fèi)W，土取正或者負(fù) 由初始有功功率Po的正負(fù)決定，如果初始有功功率P〇>〇，取負(fù)，如果初始有功功率P〇〈〇，取 正，無功指令變化將按照初始有功和無功的比例以固定斜率改變指令大小。
[0031] 無功指令變化為：
[0032]
[0033]按照這種方式改變過負(fù)荷限制極有功和無功，可以保證橋臂電流按照斜率均勻下 降變化，用于消除因?yàn)闃虮垭娏饕饓涸磽Q流器損耗發(fā)熱導(dǎo)致水冷卻容量不足引起換流器 過載現(xiàn)象。
[0034] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，有功指令變化和無功指令變化是相互 獨(dú)立的，可以按照上述方式同時(shí)降有功和無功，也可以不改變本站無功指令，僅僅改變有功 指令。
[0035] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，在有功功率控制站收到水冷過負(fù)荷限 制電流指令，按照上述有功和無功指令變化修改自身指令，直流電壓控制站收到水冷過負(fù) 荷限制電流指令，通過站間通訊向?qū)φ菊埱蟀l(fā)送降有功指令，同時(shí)改變本站無功指令，功率 控制站收到對站請求降功率指令，按照上述方式改變有功指令，但并不改變本站無功指令。
[0036] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，在上層控制主機(jī)103收到的水冷過負(fù) 荷限制功率指令解除后，有功和無功保持當(dāng)前數(shù)值不變，手動(dòng)重新輸入新的功率變化斜率 和功率指令數(shù)值，有功或者無功將按照新的變化斜率升降到新的功率指令大小，下次收到 水冷過負(fù)荷限制功率指令后繼續(xù)在當(dāng)前的功率數(shù)值基礎(chǔ)上繼續(xù)下降，只到下降到〇功率為 止；
[0037] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，一個(gè)極上層控制 主機(jī)103過負(fù)荷受限后單獨(dú)改變每個(gè)極自身的有功和無功，另外一個(gè)極上層控制主機(jī)104的 有功和無功根據(jù)需要調(diào)整，有功可以跟隨功率受限的極的大小同樣變化，也可以保持總的 有功不變?yōu)槟康模{(diào)整自身有功功率大小，無功功率以保持總的無功不變?yōu)槟康?，調(diào)整自身 無功功率大小。
[0038] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法應(yīng)用在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中時(shí)，如果雙極拓 撲結(jié)構(gòu)在降功率過程中不要求雙極平衡運(yùn)行時(shí)，如下圖1(a)所示，當(dāng)一個(gè)極103由于過負(fù)荷 受限后單獨(dú)改變本極有功和無功，另外一個(gè)極104保持總的有功和無功不變的方法是，讓過 負(fù)荷受限制的極切換到單極功率控制，含義是該極功率按照權(quán)利1所述方式，單獨(dú)改變自身 有功功率以及無功指令，另外一個(gè)極104則保持控制方式不變，通過通訊方式105得到過負(fù) 荷限制一極的實(shí)測有功和無功數(shù)值，用總的有功和無功指令減去受限制極的有功和無功數(shù) 值，作為不受限制極的有功和無功指令。
[0039] 以上所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法應(yīng)用在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中時(shí)，如果雙極拓 撲結(jié)構(gòu)在降功率過程中要求雙極保持平衡運(yùn)行時(shí)，如下圖1(b)所示，當(dāng)一個(gè)極103由于過負(fù) 荷受限后單獨(dú)改變本極有功和無功，另外一個(gè)極104跟蹤受限制極，通過通訊105接收實(shí)測 有功數(shù)值，功率指令等于另外一極的實(shí)測功率大小，因此保持大地回線電流始終等于0。無 功則用總的無功指令減去受限制極的實(shí)測無功數(shù)值，作為另外一極104的無功指令，目的是 保持總的無功不變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，其特征在于，上層控制主機(jī)收到水冷過負(fù)荷 限制電流指令時(shí)，同時(shí)或者獨(dú)立按照指定斜率改變有功和無功指令，使得換流器的橋臂電 流絕對值按照固定的斜率下降； 功率下降過程中，有功指令和無功指令按照斜率變化方法如下： 有功指令為：其中，Po為水冷限負(fù)荷前換流器輸出有功功率，Sig(Po)表示取初始有功功率的正負(fù)符 號(hào)，RAMP_P為正的常數(shù)，表示斜率，表示功率變化速度，±取正或者負(fù)由初始有功功率Po的 正負(fù)決定，如果初始有功功率P〇〉〇，取負(fù)，如果初始有功功率P〇<〇，取正； 無功指令則按照初始有功和無功的比例W固定斜率改變指令大小， 無功指令變化為：其中，Qo為水冷限負(fù)荷前換流器輸出無功功率。2. 如權(quán)利1所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，其特征在于，所述有功指令變化和無 功指令變化是相互獨(dú)立的，具體是指，按照所述變化方法同時(shí)下降，或者不改變本站無功指 令，僅改變有功指令。3. 如權(quán)利1所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，其特征在于，在有功功率控制站收到 水冷過負(fù)荷限制電流指令，按照所述有功和無功指令變化修改自身指令； 直流電壓控制站收到水冷過負(fù)荷限制電流指令，通過站間通訊向?qū)φ景l(fā)送請求降有功 指令，同時(shí)改變本站無功指令，有功功率控制站收到對站請求降功率指令，按照所述方式改 變有功指令，但并不改變本站無功指令。4. 如權(quán)利1所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，其特征在于，在上層控制主機(jī)收到的 水冷過負(fù)荷限制功率指令解除后，有功功率和無功功率保持當(dāng)前數(shù)值不變，手動(dòng)重新設(shè)置 新的功率變化斜率和功率指令數(shù)值，有功或者無功將按照新的變化斜率升/降到新的功率 指令大小，下次收到水冷過負(fù)荷限制功率指令后在當(dāng)前的功率數(shù)值基礎(chǔ)上繼續(xù)下降，直到 下降到0功率為止。5. 如權(quán)利1所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，其特征在于，在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，一 個(gè)極過負(fù)荷受限后單獨(dú)改變自身的有功功率和無功功率，另外一個(gè)極的有功功率和無功功 率根據(jù)運(yùn)行需要調(diào)整，有功跟隨功率受限的極的大小同樣變化，或者保持按總的有功不變 的原則，用總的有功指令減去受限制極的實(shí)測有功數(shù)值;無功功率按保持總的無功不變的 原則，用總的無功指令減去受限制極的實(shí)測無功數(shù)值，作為另外一極的無功指令。6. 如權(quán)利5所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，其特征在于，應(yīng)用在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 時(shí)，如果雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用金屬回線運(yùn)行方式時(shí)，當(dāng)一個(gè)極由于過負(fù)荷受限后單獨(dú)改變本 極有功和無功，另外一個(gè)極保持總的有功和無功不變的方法是，讓過負(fù)荷受限制的極切換 到單極功率控制，并且該極功率按照所述方式單獨(dú)改變自身有功功率W及無功指令，另外 一個(gè)極則保持控制方式不變，通過通訊方式得到過負(fù)荷限制一極的實(shí)測有功和無功數(shù)值， 用總的有功和無功指令減去受限制極的有功和無功數(shù)值，作為不受限制極的有功和無功指 令。7.如權(quán)利5所述電壓源換流器過負(fù)荷限電流方法，其特征在于，應(yīng)用在雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 時(shí)，如果雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用大地回線運(yùn)行方式時(shí)，當(dāng)一個(gè)極由于過負(fù)荷受限后單獨(dú)改變本 極有功和無功，另外一個(gè)極跟蹤受限制極，通過極間通訊接收受限制極的實(shí)測有功數(shù)值，不 受限制極的功率指令等于受限制極的實(shí)測功率大小，從而保持大地回線電流始終等于0; 無功則用總的無功指令減去受限制極的實(shí)測無功數(shù)值，作為另外一極的無功指令，從 而保持總的無功不變。
【文檔編號(hào)】H02M1/32GK105915038SQ201610219293
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】胡兆慶, 董云龍, 盧宇, 李海英, 曹冬明
【申請人】南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司