一種混合直流整流側交流故障期間功率提升方法與流程

2023-08-10 10:38:26

本發明涉及一種基於電網換相換流器LCC和模塊化多電平電壓源換流器MMC的混合直流輸電系統，屬於高壓輸電技術領域。

背景技術：

我國因區域經濟發展不平衡、能源逆向分布等特點，需要長期採用西電東送的輸電方案。LCC-HVDC在遠距離大容量輸電及電網互聯上具有顯著優勢，但多條LCC-HVDC落點於同一交流系統所形成的多饋入直流輸電系統也帶來了一系列問題。其中最嚴重的則是由於逆變站交流系統電壓跌落導致多個換流器級聯換相失敗。在逆變側引入柔性直流可以改善系統的性能，降低換相失敗的概率。因此，對現有常規直流工程進行逆變站柔性化改造，是解決多饋入直流輸電系統潛在級聯換相失敗問題的一個有效方案，改造後的混合直流系統整流站延用電網換相換流站(LCC)，逆變站新建模塊化多電平換流站(MMC)。

這種混合直流輸電系統拓撲結構，因柔性直流具有響應速度快，控制精度高等優勢，通常選用逆變站MMC定直流電壓控制，整流站LCC選用定直流電流控制。但其控制系統存在如下技術問題：當整流站LCC的交流系統發生故障時，整流站LCC的直流電壓將會隨交流系統電壓下降，而逆變站MMC採用定直流電壓控制且直流電壓參考值不變，因此混合直流的輸送功率將會顯著下降。

因此本發明提出了一種混合直流整流側交流故障期間功率提升方法，在整流站LCC發生交流故障時，本站的交流電壓檢測模塊將會判斷交流電壓是否低於預設值，若低於預設值，將告知逆變站MMC使其使能最大調製比控制模塊，逆變站由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制模式，從而增大調製比、降低逆變站的直流電壓，進而使得混合直流傳輸功率得到提升。

技術實現要素：

本申請的目的是提供一種混合直流整流側交流故障期間功率提升方法，在整流站LCC發生交流故障時，本站的交流電壓檢測模塊將會判斷交流電壓是否低於預設值，若低於預設值，將告知逆變站MMC使其使能最大調製比控制模塊，逆變站由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制模式。

本發明具體採用以下技術方案：

一種混合直流整流側交流故障期間功率提升方法，混合多端直流輸電系統包括兩端換流站，即一個整流站LCC和一個逆變站MMC，所述整流站LCC用於將交流側電能整流為直流電能並將其傳送到直流傳輸線，所述逆變站MMC用於將所述的直流線路的電能逆變為交流電能並注入各自對應的交流電網，其特徵在於：

在整流站LCC採用定直流電流控制，逆變站MMC選用定直流電壓控制的基礎上，在整流站LCC配置交流電壓檢測模塊，為逆變站MMC配置最大調製比模塊，在整流站LCC的交流電壓檢測模塊檢測到交流電壓低於設定值時，逆變站MMC的最大調製比模塊使能，逆變站MMC的控制模式由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制。

進一步優選：

設置交流電壓預設值A值，整流站LCC交流電壓檢測模塊採集整流站LCC的網側三相電壓，並計算三個相電壓有效值的平均值Uabc，當Uabc小於預設值A值時，交流電壓檢測模塊輸出交流低電壓信號至逆變站MMC。

所述交流電壓預設值A值取值範圍為0到Uacnor，優選取值為其中Uacnor為交流側額定相電壓，Ud2ref為逆變站MMC的直流電壓參考值。設置最大調製比目標值B值，在逆變站MMC配置最大調製比模塊收到整流站LCC交流電壓檢測模塊輸出的交流低電壓信號後，逆變站MMC的最大調製比模塊將使能，逆變站MMC由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制；在整流站LCC交流電壓檢測模塊輸出的交流低電壓信號消失後，最大調製比模塊將退出，逆變站MMC由最大調製比控制切換回定直流電壓控制。

所述最大調製比目標值B值取值範圍為mnor到1，優選取值為1，其中mnor為額定調製比。

本發明的混合直流整流側交流故障期間功率提升方法包括以下步驟：

步驟1：為整流站LCC配置交流電壓檢測模塊，並設置交流電壓預設值A值，該模塊採集整流站LCC的網側三相電壓，並計算三個相電壓有效值的平均值Uabc，當Uabc小於預設值A值時，交流電壓檢測模塊輸出交流低電壓信號至逆變站MMC；

步驟2：為逆變站MMC配置最大調製比模塊，並設置最大調製比目標值B值，在收到整流站LCC交流電壓檢測模塊輸出的交流低電壓信號後，逆變站MMC的最大調製比模塊將使能，最大調製比模塊首先計算當前逆變站MMC的實際調製比，然後將當前實際調製比與最大調製比目標值做差，並經過PI控制器得到直流電壓參考修正量，該直流電壓修正量將疊加至直流電壓控制器，修正直流電壓參考值，使得逆變站MMC由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制；

步驟3：在整流站LCC交流電壓檢測模塊輸出的交流低電壓信號消失後，逆變站MMC的最大調製比模塊將退出，逆變站MMC由最大調製比控制切換回定直流電壓控制。

本發明具有以下有益的技術效果：

在整流站LCC發生交流故障時，本發明會使逆變站MMC由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制模式，從而增大逆變站MMC調製比、降低逆變站MMC的直流電壓，進而使得交流故障期間混合直流傳輸功率得到提升。

附圖說明

圖1是基於LCC和MMC的混合直流系統拓撲圖；

圖2是本發明公開的混合直流整流側交流故障期間功率提升方法流程圖；圖3是整流站LCC的交流電壓檢測模塊控制框圖；

圖4是逆變站MMC最大調製比模塊控制框圖。

具體實施方式：

下面結合說明書附圖和具體實施例對本申請的技術方案做進一步詳細介紹。

本發明公開了一種混合直流整流側交流故障期間功率提升方法，所述混合直流輸電系統如附圖1所示，包括兩端換流站，即一個整流站LCC和一個逆變站MMC，所述整流站LCC用於將交流側電能整流為直流電能並將其傳送到直流傳輸線，所述逆變站MMC用於將所述的直流線路的電能逆變為交流電能並注入各自對應的交流電網。

在整流站LCC採用定直流電流控制，逆變站MMC選用定直流電壓控制的基礎上，為整流站LCC配置交流電壓檢測模塊，為逆變站MMC配置最大調製比模塊，在整流站LCC的交流電壓檢測模塊檢測到交流電壓低於設定值時，逆變站MMC的最大調製比模塊使能，逆變站MMC的控制模式由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制。

為詳細介紹本申請混合直流整流側交流故障期間功率提升方案，本申請以圖1所示拓撲結構為實施例，其中，換流站LCC是整流站，L1、L12是直流線路平波電抗器，T1、T12是其換流變壓器，UF是交流側濾波器，AC1是整流站所接入的交流系統；MMC1是逆變站，L2是橋臂電抗器，T2是連接變壓器，AC2逆變站接入的交流系統。

本申請的技術方案控制流程如附圖2所示，包括以下步驟：

步驟1：為整流站LCC配置交流電壓檢測模塊，並設置交流電壓預設值A值。A值取值範圍為0到Uacnor，優選取值為其中Uacnor為交流側額定相電壓，Ud2ref為逆變站MMC的直流電壓參考值。交流電壓檢測模塊採集整流站LCC的網側三相電壓，並計算三個相電壓有效值的平均值Uabc，交流電壓檢測模塊輸出交流低電壓信號至逆變站MMC，信號為RST，控制框圖如圖3所示。正常運行時，Uabc大於預設值A值，逆變站MMC的最大調製比模塊被清零，不使能；當整流站交流側發生交流故障時，Uabc小於預設值A值時，逆變站MMC最大調製比模塊使能。

步驟2：為逆變站MMC配置最大調製比模塊，並設置最大調製比目標值B值，B值取值範圍為mnor到1，優選取值為1，其中mnor為額定調製比。在收到整流站LCC交流電壓檢測模塊輸出的交流低電壓信號後，逆變站MMC的最大調製比模塊將使能，最大調製比模塊首先計算當前逆變站MMC的實際調製比，然後將當前實際調製比與最大調製比目標值做差，並經過PI控制器得到直流電壓參考修正量，該直流電壓修正量將疊加至直流電壓控制器，修正直流電壓參考值，使得逆變站MMC由定直流電壓控制轉換成最大調製比控制。控制框圖如圖4所示，首先由調製電壓vd、vq反變換得到三相調製電壓va、vb、vc，其中vd、vq為逆變站MMC的d軸及q軸調製電壓，va、vb、vc為逆變站MMC的a、b、c三相調製電壓。再計算三相調製電壓的峰值平均值vm，然後vm與2/Ud2相乘即可得到當前實際調製比m，Ud2為逆變站MMC的直流電壓。當前實際調製比m與最大調製比目標值B做差得到偏差值△m，最後經過PI控制器得到直流電壓參考修正量△Ud2_ref。最大調製比模塊的輸出△Ud2_ref將被疊加到逆變站MMC的直流電壓參考Ud2_ref上，修正直流電壓參考值，從而起到降低直流電壓的目的，逆變站直流電壓降低有助於提升混合直流在整流側交流故障期間的傳輸功率。

步驟3：在整流站LCC交流電壓檢測模塊輸出的交流低電壓信號消失後，即整流站交流故障被清除後，逆變站MMC的最大調製比模塊將被清零從而退出運行，逆變站MMC由最大調製比控制切換回定直流電壓控制，混合直流系統恢復正常運行。

以上是本發明對實施例的詳細說明，儘管是針對上述特定的實施例，應當明白在不脫離上述權利要求限定的本公開範圍內可以進行各種改變和修改。