基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構及啟動方法
【專利摘要】本發明涉及一種混合直流輸電系統啟動方式的拓撲結構及啟動方法，尤其是涉及一種基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構及啟動方法。本發明針對一個雙端大電網混合直流系統，其整流側采用VSC換流器，逆變側采用LCC換流器，在整流側交流系統串接一個限流電阻且與其并聯一個開關。通過對于VSC換流器控制量的切換完成啟動過程。因此，本發明具有如下優點：1.應用于實際兩端大電網混合直流輸電系統啟動過程中時，可以有效解決啟動直流電壓缺乏的問題2.該啟動方法可以有效減小啟動過程中系統電壓電流的沖擊，保護電力設備安全。
【專利說明】基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構及啟動方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種混合直流輸電系統啟動方式的拓撲結構即啟動方法，尤其是涉及一種基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構及啟動方法。
【背景技術】
[0003]近年來，隨著高壓直流輸電技術的不斷發展，基于技術和經濟因素的考慮，LCC換流器與VSC換流器構成的混合直流輸電系統具有較好的應用前景。目前而言，混合直流輸電系統在風電并網、弱電網及無源網絡供電、向大城市等負荷中心輸電等領域具有突出的性價比優勢，相信隨著國家風電的不斷發展及城市用電量的不斷增加，混合直流輸電系統將具有十分廣闊的應用前景。由于混合直流輸電系統的特殊性一包括潮流的單向流動和兩端換流站啟動條件不一致的問題，在連接交流系統時，目前大多數混合直流系統均優先選擇VSC側為定直流電壓控制，這樣對混合直流輸電系統整體控制策略和應用領域均形成了極大的限制，而在LCC作為逆變站實現直流電壓控制(或者定熄弧角控制)時，其困難在于VSC和LCC的啟動條件相互矛盾，為了解決這一瓶頸，必須解決在該應用場景下混合直流輸電系統的啟動問題，而這方面的研究，在國內公開文獻和報告中均未見報道。
【發明內容】
[0004]本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:
一種基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構，其特征在于，整流側為電網電源通過一個第一換流變壓器接VSC換流器，第一換流變壓器一次側設置一個第一交流斷路器及含并聯開關限流電阻，在VSC換流器的交流側并聯一組對應于VSC換流器開關頻率下的特征諧波濾波器，同時在交流線路上串聯換流電抗器。
[0005]逆變側為兩并聯的六脈動LCC換流器且中間點接地后分別經第二換流變壓器和第三換流變壓器接入到電網，第二換流變壓器二次側和第三換流變壓器一次側同時與第二交流斷路器連接；
所述VSC換流器經過直流線路與LCC換流器連接。
[0006]在上述的一種基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構，所述直流線路包括并聯在整流側端VSC換流器出口的兩個穩壓電容；兩個LCC換流器直流側出口端分別串聯一個平波電抗后與在VSC換流器的整流側連接，直流線路兩極還分別并聯一組特征次諧波濾波器。
[0007]一種基于控制切換的混合直流輸電系統的啟動方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟1，首先閉合整流側交流斷路器，此時保持限流電阻并聯開關處于斷開狀態，系統將通過VSC換流器反并聯二極管作不控整流對直流電容充電； 步驟2，當直流電壓達到0.52pu時，啟動VSC換流器控制環節，其中有功控制量為定直流電壓、無功控制量為無功功率，直流電壓指令值為1.0pu。此時直流電壓繼續上升，當直流電壓達到0.95pu時，閉合交流側限流電阻開關，同時將VSC換流器有功量控制由定直流電壓控制切換為定有功功率控制，有功指令值為0.2pu ；
步驟3，當直流電壓繼續上升達到1.05pu時，閉合逆變側交流斷路器且啟動LCC換流器及其控制環節，功率逐漸由整流側交流系統開始傳輸到逆變側交流系統，此時逐漸增加VSC換流器有功功率指令值到1.0pu，傳輸功率亦將逐漸升高達到額定功率，啟動過程結束。
[0008]因此，本發明具有如下優點:1.應用于實際兩端大電網混合直流輸電系統啟動過程中時，對于VSC換流器啟動需要直流電壓、LCC換流器啟動需要功率饋入，但啟動之前二者都不能相互給予各自所需的條件這一矛盾，可以提供一個很好的解決方法2.該種啟動方法可以有效減小啟動過程中系統電壓電流的沖擊，從而保護電力設備、延長其使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的總體拓撲示意圖。
[0010]圖2為本發明中涉及的整流器的控制框圖。
[0011]圖3為本發明中涉及的逆變器的控制框圖。
[0012]圖4為本發明中涉及的啟動過程流程圖。
【具體實施方式】
[0013]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0014]實施例:
如圖1為整個混合直流輸電啟動系統拓撲圖，其中I為兩端交流系統，2.1為第一交流斷路器，2.2為第二交流斷路器，3.1為第一換流變壓器，3.2為第二換流變壓器，3.3為第三換流變壓器，4為交流濾波器，4.5為換流電抗器，5為VSC換流器，6為LCC換流器，7為穩壓電容，8為含并聯開關限流電阻，9為直流濾波器，10為平波電抗。
[0015]圖2、3分別為整流側VSC換流器與逆變側LCC換流器的基本控制框圖。其中VSC換流器采用d_q解耦的直接電流控制方式，有功量控制環節設置兩個選擇分別為定直流電壓控制與定有功功率控制，通過對于二者的切換輔助完成啟動過程，LCC換流器則采用PI環控制定直流電壓。
[0016]圖4給出了兩端大電網混合直流輸電系統啟動過程的基本流程，其【具體實施方式】為首先閉合整流側交流斷路器，此時保持限流電阻并聯開關處于斷開狀態，系統將通過VSC換流器反并聯二極管作不控整流對直流電容充電。當直流電壓達到0.52pu時，啟動VSC換流器控制環節，其中有功控制量為定直流電壓、無功控制量為無功功率，直流電壓指令值為1.0pu0此時直流電壓繼續上升，當直流電壓達到0.95pu時，閉合交流側限流電阻開關，同時將VSC換流器有功量控制由定直流電壓控制切換為定有功功率控制，有功指令值為0.2pu。當直流電壓繼續上升達到1.05pu時，閉合逆變側交流斷路器且啟動LCC換流器及其控制環節，功率逐漸由整流側交流系統開始傳輸到逆變側交流系統，此時逐漸增加VSC換流器有功功率指令值到1.0pu，傳輸功率亦將逐漸升高達到額定功率，整個啟動過程基本完成。[0017]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【權利要求】
1.一種基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構，其特征在于，整流側為電網電源通過一個第一換流變壓器接VSC換流器，第一換流變壓器一次側設置一個第一交流斷路器，在VSC換流器的交流側并聯一組對應于VSC換流器開關頻率下的特征諧波濾波器，同時在交流線路上串聯換流電抗器；所述第一交流斷路器和電網電源之間還設有一個含并聯開關限流電阻； 逆變側為兩并聯的六脈動LCC換流器且中間點接地后分別經第二換流變壓器和第三換流變壓器接入到電網，第二換流變壓器二次側和第三換流變壓器一次側同時與第二交流斷路器連接； 所述VSC換流器經過直流線路與LCC換流器連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于控制切換的混合直流輸電系統的拓撲結構，其特征在于，所述直流線路包括并聯在整流側端VSC換流器出口的兩個穩壓電容；兩個LCC換流器直流側出口端分別串聯一個平波電抗后再與VSC換流器的整流側連接，直流線路兩極還分別并聯一組特征次諧波濾波器。
3.一種基于控制切換的混合直流輸電系統的啟動方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，首先閉合整流側交流斷路器，此時保持限流電阻并聯開關處于斷開狀態，系統將通過VSC換流器反并聯二極管作不控整流對直流電容充電； 步驟2，當直流電壓達到0.52pu時，啟動VSC換流器控制環節，其中有功控制量為定直流電壓、無功控制量為無功功率，直流電壓指令值為1.0pu，此時直流電壓繼續上升，當直流電壓達到0.95pu時，閉合交流側限流電阻開關，同時將VSC換流器有功量控制由定直流電壓控制切換為定有功功率控制，有功指令值為0.2pu ； 步驟3，當直流電壓繼續上升達到1.05pu時，閉合逆變側交流斷路器且啟動LCC換流器及其控制環節，功率逐漸由整流側交流系統開始傳輸到逆變側交流系統，此時逐漸增加VSC換流器有功功率指令值到1.0pu，傳輸功率亦將逐漸升高達到額定功率，啟動過程結束。
【文檔編號】H02J3/36GK103532162SQ201310434188
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】劉開培, 秦亮, 楊潔, 陳灝澤 申請人:武漢大學