專利名稱：調節高壓直流輸電多點網的n個換流站的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于調節高壓直流輸電多點網的n個換流站的方法和裝置。
已知一種用于多終端高壓直流輸電的調節方案(東西方電能跨接學術會議卷，國際會議，華沙，1995．10．24-25)，該方案由一個上級主調節器和站內固有的調節功能構成。多終端系統由總共5個雙極換流站構成，它們通過每極兩根平行的直流架空明線連接。上級調整的主要任務是，協調固定工作點的功率和電流額定值。在一個換流站失效時，即便在主調節器與換流站間的通連暫時中斷時，系統仍保持穩定不變。該上級調整將功率額定值相加。當該和不等于零時，誤差根據加權系數被分配給各個換流站。可對系數任意選定，其中其和必須等于1。由采用此法求出的功率額定值求出各個換流站的電流額定值，其中采用某個站的直流電壓實際值除功率額定值的方法。由于通常不能精確地預先計算出功率損耗并因而在確定功率額定值時對此損耗不予以考慮，故通常經相除得出的電流額定值的和不等于零。與求功率額定值的情況相似，電流額定值通過一個調節回路進行校正，從而使所有整流器和振動子換流器的電流的和為零。加權系數的調整應使和等于1。
每個換流站都備有的站調整由兩條電流調節電路和兩條電壓調節電路以及一個最小電流調節器構成。通過由最小-和最大故障程序模塊的組合求出瞬時調節差。在采用該調節方案時僅允許一個換流站可以確定電壓，即僅一個整流器或振動子換流器在這種工作狀態下工作。至于哪種換流器對此最為適合，則取決于專門的系統配置。在工作點上由電流調節的振動子換流器中有兩種特性曲線供選用。其一是，在伴隨直流電壓降低的系統故障時在振動子換流器上以穩壓調整方式工作。其二是進行電流調節。采用此方案時在直流電壓壓降范圍內通過一取決于電壓的電流數量級限制(VDCOL)功能降低電流額定值。究竟這兩種方案哪一種更為有利，則必須通過對專用的系統配置進行模擬計算求出。在上述多終端系統中可見一個作為整流器工作的換流站的電壓決定的功能。所有其它的站都在固定工作點上以調節電流的方式工作。兩個振動子換流站在直流電壓下降范圍內采用VDCOL功能進行電流調節。
在這種已知的由5個換流站構成的多終端高壓直流輸電的調節方案中，當在一個直流系統中的n個換流站相互配合工作時，是不可能看出第n個換流站是如何調節的。另外該調節方案結構昂貴并且需要分別在上級主調節器與站內固有的調節間的電子通訊。額定值和實際值是通過該昂貴的電子通訊進行交換的。此外，站內固有的調整分別具有多個調節種類，其中通過調節器的替換選出相應的調節方式。
調節方式的替換、上級調節和電子通訊使多終端高壓直流輸電的整個直流系統的動態狀況惡化并且也有可能對所連接的三相電流系統造成不利的影響。
在DE 44 20 600 C1中記載了一種對高壓直流輸電設備進行的協調的矢量調節。在該協調的矢量調節時，對以工作方式“整流器”工作的換流站根據有待傳輸的功率和測出的直流電壓實際值產生電流和電壓的一對額定值并與求出的電流和電壓的一對實際值進行比較。將產生的調節偏差相加。由這種和信號產生的信號應使調節偏差的和為零。對以工作方式“振動子換流器”工作的換流站根據有待傳輸的功率和滅弧角額定值產生電流和電壓的一對額定值，該對額定值與求出的一對實際值進行比較。這些調節偏差相互相減，由此差信號產生的一控制信號應使調節偏差的差為零。該協調的矢量調節方法具有電流和電壓的額定值對，該額定值對既對振動子換流器又對整流器的目標范圍做了考慮。
振動子換流器額定值對的確定應使其對滅弧角進行調節并且同時保持由整流器提供的功率。產生的振動子換流器的調節特性其中與具有正增長的電阻調節器的特性相符。根據矢量調節方法對整流器進行調節的特性對于額定點上的額定值對來說，是與相應的額定功率的功率雙曲線的正切。由此實現了，當產生的功率變化在正切上時，原則上講矢量調整容許在振動子換流器上的電壓變化。通過兩個特性曲線的設計，因而實現了穩定的工作點。
本發明的目的在于，提供一種用于調節高壓直流輸電多點網的n個換流站的方法和裝置。
本發明的目的是通過權利要求1或6的特征來實現的。
由于在高壓直流輸電多點網的每個換流站都備有一個協調的矢量調整，其中振動子換流器的調節裝置增加一個用于求出滅弧角-附加-額定值的裝置，故盡管在直流系統中和／或相應的三相電流網中存在變化仍可在每個站分散地對穩定的工作點進行調整。為求出滅弧角-附加-額定值采用了一個求出的功率-調節差。采用已知的協調的矢量調整與根據功率-調節差附加確定的滅弧角-額定值的組合可保持在直流系統中恒定的負載流。由于該方法是分散工作的，故不再需要上級主調節器和電子通訊，因而與本說明書引言部分中所述調節方案相比該調節方案經簡化降低了耗費并提高了動態能力。
有關本發明方法的有益設計參見從屬權利要求2至5并且有關用于實施本發明方法的裝置的有益設計參見從屬權利要求7至15。
下面將對照附圖對本發明作進一步的說明，圖中對實施本發明方法的裝置的一有益的實施方式作了圖示。
圖1所示為帶有n個變流站的高壓直流輸電-多點網；圖2所示為帶有3個整流-和振動子換流站的高壓直流輸電-多點網的工作特性曲線圖；圖3所示為有損耗的直流線路的已知協調的矢量調節方框圖；圖4為有關的工作特性曲線圖；圖5為對高壓直流輸電多點網的一個站實施本發明方法的裝置方框圖；圖6為有關的工作特性曲線圖。
圖1示出一帶有n個換流站4的高壓直流輸電-多點網2，所述n個換流站中的r表示整流器并且i表示振動子換流器。每個換流站4都配備有一個自己的站調節6。另外，每個換流站4都通過一個整流變壓器8與分接開關-調節10及三相電源網12導電連接。通常也被稱做直流系統的高壓直流輸電-多點網具有任意的拓樸，即n個換流站4相互任意連接。該多點網2的標準電壓-工作范圍在0．8至1．2功率單位(pu)之間。整流器總功率應為1功率單位并且換流器總功率則應為1功率單位-損耗。圖2中示出高壓直流輸電-多點網2的工作特性曲線，其中出于明了起見僅示出6個換流站，即3個整流器和3個振動子換流器的工作特性曲線。在該通常的直流系統2中的所有的換流站4上可以以工作方式“振動子換流器”調整工作點AW1、AW2和AW3，所述工作點由變壓調整和協調的矢量調整14(不需附加的裝置)預給定。這意味著在功率額定值Po預定的情況下，所有這些換流站4的滅弧角-額定值γo例如為17°。由直流系數2(基爾霍夫定律、網絡方程和能量守恒定理)的拓樸自動得出以工作方式“整流器”工作的換流站4的工作點AG1、AG2和AG3，這些工作點分別與預定的功率-額定值Por相符。在圖2中分別以實線示出的以整流器方式工作的換流站4的功率雙曲線和分別以虛線示出的以“振動子換流器”方式工作的換流站4的功率雙曲線。圖中還以直線示出以“振動子換流器”方式工作的換流站4的阻抗特性，所述直線與相應功率雙曲線的交點構成工作點AW1、AW2和AW3。
圖3示出一高壓直流輸電設備18的有損耗的直流線路16的已知協調的矢量調整14的方框圖，利用所述高壓直流輸電設備18，兩個交流電壓網20和22被相互連接在一起。該高壓直流輸電設備18包括兩個分別作為整流器和振動子換流器工作的換流站4。這兩個換流站4的直流端通過直流線路16相互連接在一起。
另外，高壓直流輸電設備18還含有用于采集電流和電壓值Idr、Idi以及Udr、Udi的未進一步標出的測量傳感器。分別有一用于激勵整流管或半導體的控制裝置24置于換流站4之前。
每個控制裝置24獲得一個控制信號，由第一或第二調節裝置26或28產生所述控制信號。第一調節裝置26基本由第一額定值發送器30和第一矢量調節裝置32構成。該額定值發送器30獲得作為輸入信號的一預定的待傳輸功率的功率額定值Por和一直流電壓實際值Udr。由這些值Por和Udr利用額定值發送器30為換流站4的電流和電壓求出一對額定值Ior和Uor。額定值發送器30具有兩個特性曲線發送器34和36。為電壓額定值Uor選擇的第一特性曲線發送器34的曲線示出取決于電壓的電壓級數特性(VDVOC)，其中在穩定工作范圍的上端有一個作為特性特征的拱形曲線。特性曲線的下部范圍為限壓結構。產生電流額定值Ior的第二特性曲線發送器36的特性曲線主要具有取決于電壓的電流級數限制特性(VDCOL)，即取決于電壓的限流。矢量調節裝置32具有兩個比較器38和40、一個加法器42和一個調節元件44。構成的額定值對Uor、lor被輸送給該矢量調節裝置32并且在該裝置中由兩個比較器38和40將額定值對與求出的實際值對Udr、Idr進行比較。由加法器42將產生的電流和電壓的調節偏差相加。該和信號被輸送給調節元件44，在其輸出端輸出的是作為整流器工作的換流站4的控制裝置24的控制信號。利用該控制信號電流和電壓調節偏差的和被調整到零。
第二個調節裝置28與調節裝置26類似。故不再對第二調節裝置28加以贅述。其不同點在于輸送給額定值發送器46的值的數量、兩個特性曲線發送器48和50的特性曲線和用于求出功率-額定值Poi的裝置。由于輸入量值(電壓-實際值Udi、功率-實際值Pdi、功率-額定值Poi、滅弧角-額定值γo、滅弧角-實際值γ、控制信號β)的方差，對特性曲線，尤其是特性曲線發送器48的VDVOC特性在端部范圍的高度和傾角必須加以預定。而且對特性曲線發送器50的VDCOL特性可以進行調整。對于第二額定值發送器46重要的是，對有待于保持的滅弧角-額定值γo也是預給定的。由兩個比較器38和40對產生的額定值對Uoi、Ioi與求出的實際值對Udi、Idi進行比較。對產生的調節偏差由加法器42進行相減，這是因為額定值對Uoi、Ioi的電壓額定值Uoi輸入比較器38的反向的輸入端之故。差信號被輸送給后置的調節元件44，在其輸出端輸出作為振動子換流器工作的換流站4控制裝置24的控制信號。利用該控制信號將電流和電壓調節偏差的差值調整到零。
用于求出功率額定值Poi的裝置52具有一帶有上限和下限的第一級遲延元件54。求出的功率實際值Pdi和功率上限和功率下限值Pgoi和Pgui被輸送給該裝置52。功率上限值Pgoi等于作為整流器工作的換流站4的有待傳輸的功率的功率額定值與最小損耗功率Pvmin的差，與此相反，功率下限值Pgui等于功率額定值Por與最大損耗功率Pvmax的差。
圖4示出高壓直流輸電設備18的在圖3中示出的協調的矢量調整14的工作特性曲線GR和WR。特性曲線GR由線段hl、lm、mn和no構成，示出整流器特性，其中線段hl為在正常工作范圍內的功率雙曲線，線段lm為最大電流限制，線段mn為取決于電壓的限制的范圍并且線段no為最小電流。特性曲線WR示出振動子換流器特性。由于直流線路16并不是無損耗的，故作為振動子換流器工作的換流站4的功率雙曲線并不與作為整流器工作的換流站4的功率雙曲線套合在一起。由于利用電流和電壓額定值確定特性曲線WR的每個點，故振動子換流器特性也被稱做電阻調整，該電阻調整為組合的電流-電壓調整。線-點-線與滅弧角-額定值γo相符。
圖5示出用于實施對高壓直流輸電-多點網2的n個換流站4進行調整的本發明方法的裝置的方框圖。出于明了起見，圖中僅示出高壓直流輸電網2的換流站4的本發明的協調的矢量調整14。由于換流設備4既可作為整流器，又可以作為振動子換流器工作，所以站調整6包含第一和第二調整裝置26和28。由于在兩個調整裝置26和28中都有調整元件44，故在該站調整6中可以省去一個調整元件44。為此對兩個調整裝置26和28的加法器42的輸出端分別后置一個開關56和58，調整裝置的輸出端通過加法器60與調節元件44連接在一起。
調整裝置28增加一個用于求出滅弧角-附加-額定值γoadd的裝置62。該裝置62的輸入端具有一個靜區元件64并且其輸出端具有一個比例積分調節器(PI-調節器)66。由于僅在多點網2的直流電壓的工作值正常時才改變求出的滅弧角-附加-額定值γoadd，故在靜區元件64和比例積分調節器66之間設置有一個開關68。只要直流電壓實際值Udi大于一預定的極限值，則該開關68閉合。在故障時，伴隨有很強的電壓擾動，則滅弧角-附加-額定值γoadd保持不變(開關68斷開)或被置于零。為此零信號SV被加入比例積分調節器66中。靜區元件64具有一個正的和一個負的功率-調節差-閾值dPo和dPu。在這兩個功率-調節差-閾值dPo和dPu之間，靜區元件64的初始值與輸入信號dPo無關保持零。
一旦輸入信號dP的值，即求出的功率調節差dP，大于或小于正的或負的功率調節差-閾值dPo或dPu，則靜區元件64的初始值不等于零。該輸出值被輸送給比例積分-調節器66，在其輸出端輸出一個滅弧角-附加-額定值γoadd。為使額定值發送器46的滅弧角γo僅在預定的范圍內變化，比例積分調節器66備有一個下限值零和一個上限值maxγoadd。滅弧角額定值γo由最小滅弧角額定γomin和求出的滅弧角-附加-額定值γoadd構成，其中備有一個加法器70。靜區元件64的靜區的極限dPu和dPo分別由比較器72和74求出，其中在比較器72的反向的輸入端上是一功率下限值Pgui并且在非反向的輸入端上是功率額定值Poi。在比較器74的非反向輸入端上的是功率上限值Pgoi并且在反向的輸入端上的是功率額定值Poi。由另一比較器76求出功率-調節差-閾值dP，其中在其非反向輸入端上的是功率額定值Poi并且在其反向輸入端上的是功率實際值Pdi。
在圖6中示出的是圖5中推薦的調節方案的工作特性曲線GR和WR。與圖4的列線圖相比，求出一個新的工作點NP，該工作點位于相同的振動子換流器特性的功率雙曲線上。由于在直流電壓系統2中電壓被降低，因而分散地在換流站4對該新的工作點NP進行調整。與該電壓變化無關，負載流保持不變。
用于多終端的高壓直流輸電的本發明的調節方案結構簡單，所有換流站4的結構相同，是一個分散式調節方案，因而不需要昂貴的電子通訊并且具有較高的動態能力，因為調節器不必交替工作并且也沒有上級主調節器。另外該方案能更好地為穩定直流電壓系統2和三相電流系統12作出貢獻。
權利要求
1．一種用于調節高壓直流輸電多點網(2)的n個換流站(4)的方法，-其中為每個以工作方式“整流器”工作的換流站(4)根據實時傳輸的功率(Por)和測出的直流電壓實際值(Udr)產生換流站(4)的電流和電壓的一對額定值(Uor、Ior)，-其中根據求出的一對實際值(Udr、Idr)和所產生的額定值對(Uor、Ior)求出電流和電壓的調節偏差，-其中將這些調節偏差相加并產生一個控制信號，從而使該和為零，-其中為每個以工作方式“振動子換流器”工作的換流站(4)根據分別形成的功率-和滅弧角-額定值(Poi、γo)產生換流站(4)的電流和電壓的一對額定值(Uoi、Ioi)，-其中根據求出的一對實際值(Udi、Idi)和所產生的額定值對(Uoi、Ioi)求出電流和電壓的調節偏差，-其中這些偏差相減并產生一個控制信號，從而使該差為零，-其中由求出的功率-實際值(Pdi)和形成的功率上限值和功率下限值(Pgoi、Pgui)確定出以工作方式“振動子換流器”工作的換流站(4)的功率-額定值(Poi)，-其中確定出作為最小滅弧角-額定值(γomin)與產生的滅弧角-附加-額定值(γoadd)的和的以工作方式“振動子換流器”工作的換流站(4)的滅弧角-額定值(γo)并且-其中一旦低于或高于負的和正的功率-調節差-閾值(dPu、dPo)，所述滅弧角-附加-額定值(γoadd)與由功率額定值和功率實際值(Poi、Pdi)求出的功率調節差(dP)成比例。
2．按照權利要求1所述的方法，其中所述滅弧角-附加-額定值(γoadd)僅在正常工作時是可變的。
3．按照權利要求1所述的方法，其中在非正常工作時，所述滅弧角-附加-額定值(γoadd)被置于零。
4．按照權利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述負的和正的功率-調節差-閾值(dPu、dPo)是可變的。
5．按照權利要求4所述的方法，其中負的和正的功率-調節差-閾值(dPu、dPo)根據有待于傳輸的功率和最大的和最小的損耗功率(Pvmax、Pvmin)的功率額定值(Por)進行變化。
6．一種用于實施按照權利要求1所述的調節高壓直流輸電多點網(2)的n個換流站(4)的方法的裝置，-其中對每個以工作方式“整流器”工作的換流站(4)備有一個調節裝置(26)，該調節裝置具有一個帶有后置矢量調節裝置(32)的額定值發送器(30)，-其中有待于傳輸的功率的電壓實際值(Udr)和功率額定值(Por)被輸送給額定值發送器(30)并且所求出的電流和電壓的實際(Udr、Idr)被輸送給所述矢量調節裝置(32)，-其中為每個以工作方式“振動子換流器”工作的換流站(4)備有一個調節裝置(28)，該調節裝置具有一個用于求出功率額定值(Poi)的裝置(52)、一個用于求出滅弧角-附加-額定值(γoadd)的裝置(62)、一個額定值發送器(46)和一個矢量調節裝置(32)，-其中為用于求出一個功率額定值(Poi)的裝置(52)輸送一個求出的功率實際值(Pdi)及一個功率上限和下限值(Pgoi、Pgui)，為額定值發送器(46)輸送一個功率額定值和實際值(Poi、Pdi)、滅弧角額定值和實際值(γo、γ)、一個電壓實際值(Udi)和一個控制信號(β)，為矢量調節裝置(32)輸送一對求出的電流和電壓的實際值(Udi、Idi)，并為用于求出滅弧角-附加-額定值(γoadd)的裝置(62)輸送一個功率實際值和一個功率額定值(Pdi、Poi)、一個功率上限值和一個功率下限值(dPo、dPu)及一個最小滅弧角值(γomin)。
7．按照權利要求6所述的裝置，其中每個換流站(4)的調節裝置(26、28)根據其工作方式接通或斷開。
8．按照權利要求6所述的裝置，其中用于求出功率額定值(Poi)的裝置(52)具有帶有上限和下限值(Pgoi、Pgui)的第一級延遲元件(54)。
9．按照權利要求6所述的裝置，其中用于求出滅弧角-附加-額定值(γoadd)的裝置(62)具有一個靜區元件(64)和一個比例積分調節器(66)，其中在靜區元件(64)的輸入端上的是一個求出的功率-調節差-閾值(dP)并且在比例積分調節器(66)的輸出端上的是滅弧角-附加-額定值(γoadd)。
10．按照權利要求6所述的裝置，其中每一個換流站(4)的兩個調節裝置(26、28)的每個額定值發送器(30、46)具有用于電流和電壓的額定值對(Uor、Ior；Uoi、Ior)的兩個特性曲線發送器(34、36；48、50)。
11．按照權利要求6所述的裝置，其中每一個換流站(4)的兩個調節裝置(26、28)的每個矢量調節裝置(32)具有兩個比較器(38、40)、一個加法器(42)和一個調節元件(44)，其中比較器(38、40)的輸出端分別與加法器(42)邏輯連接，加法器的輸出端與調節元件(44)的輸入端連接。
12．按照權利要求9所述的裝置，其中在靜區元件(64)與用于求出滅弧角-附加-額定值(γoadd)的裝置(62)的比例積分調節器(66)之間備有一個開關(68)，該開關在每一個換流站(4)正常工作時閉合。
13．按照權利要求9所述的裝置，其中用于求出滅弧角-附加-額定值(γoadd)的裝置(62)的比例積分-調節器(66)具有一個置位輸入端，在每一個換流站(4)非正常工作時在該輸入端加入一個零信號(SV)。
14．按照權利要求9所述的裝置，其中用于求出滅弧角-附加-額定值(γoadd)的靜區元件(64)的每個極限值輸入端與比較器(72、74)的輸出端邏輯連接，在它們的輸入端分別加有一個功率實際值(Pdi)和一個功率上限值或一個功率下限值(Pgoi、Pgui)。
15．按照權利要求6所述的裝置，其中備有一個微處理器作為每一個換流站(4)的調節裝置(26、28)。
全文摘要
一種用于調節高壓直流輸電多點網(2)的n個換流站的方法和裝置,其中每個站調節(6)利用協調的矢量調節產生一個控制信號。依照本發明確定出作為最小滅弧角額定值(γo min)和產生的滅弧角—附加—額定值(γo add)的和的以工作方式“振動子換流器”工作的換流站(4)的滅弧角—額定值(γo),其中一旦低于或高于負的或正的功率—調節差—閾值(dPu、dPo),則滅弧角—附加—額定值(γo add)與求出的功率調節差值(dP)成比例。由此實現一個用于多終端高壓直流輸電的調節方案,該調節方案結構簡單并且是分散式的,因而可以省去上級主調節器和昂貴的電子通訊。
文檔編號H02M7/757GK1204422SQ96198913
公開日1999年1月6日 申請日期1996年11月18日 優先權日1996年11月18日
發明者弗朗茲·卡萊西克-梅爾 申請人:西門子公司