一種向多落點無源網絡供電的多端混合直流輸電系統拓撲及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力工程技術領域。具體涉及一種向多落點無源網絡供電的多端混合直流輸電系統拓撲結構及啟動方法(基于多個晶閘管的電流源型換流器LCC和多個全控型電力電子器件的電壓源型換流器VSC的多端混合高壓直流輸電技術Hybrid HVDC)。
【背景技術】
[0002]多端混合直流輸電系統根據不同的運用場景有多種不同的拓撲結構，當運用于向多落點無源網絡供電時，可采用如下拓撲:整流側采用一個電網換向換流器LCC (linecommuted converter)作為功率集中輸送端、逆變側采用多個電壓源型換流器VSC(voltagesource converter)連接多個無源網絡。該多端直流輸電系統采用放射式并聯結構。并聯的換流站運行于相同的直流電壓。各換流站傳輸功率根據各無源網絡的需求自動調節。
[0003]整流側LCC換流器輸送功率高于兩電平或三電平VSC換流器、技術成熟可靠、成本低，適合作為功率集中發送端；逆變側VSC換流器電流能夠自關斷，不需要外加換向電壓，不依賴交流系統去維持電壓和頻率的穩定，電能質量好，適合向無源網絡供電。多端LCC-VSC混合型高壓直流輸電對于海上電網相連來說具有很大優勢，緊湊的電壓源型換流器適用于海上平臺并且可與電氣孤島相連。因此向多落點無源網絡供電的多端LCC-VSC型混合直流輸電在我國有著廣泛的運用前景。
[0004]多端混合直流輸電系統啟動時，若不采用特殊的啟動控制策略，將會產生嚴重的過電壓和過電流現象，從而危及換流裝置的安全。目前已有的兩端常規直流輸電系統啟動方法、柔性直流輸電啟動方法不能直接運用于多端LCC-VSC型混合直流輸電系統。多端LCC-VSC型混合直流輸電系統的啟動問題有其特殊性:潮流只能單向流動即由LCC換流站流向VSC換流站；不同換流站啟動條件各有特點，LCC換流器啟動前需有功率饋入才能啟動晶閘管。VSC換流器啟動前其直流側須有電壓，否則IGBT反并聯的二極管將會正向電壓的作用下發生短路。
[0005]如何平穩啟動多端LCC-VSC型混合直流輸電系統，在國內外的文獻中均未見研究。
【發明內容】
[0006]本發明針對上述問題，提供一種能使向多落點無源網絡供電的多端LCC-VSC型混合直流輸電系統從完全停機狀態平穩過渡到正常運行狀態的拓撲結構及控制方法，整個啟動過程平滑穩定，同時混合直流系統的控制策略完善清晰，啟動完成后能使系統準確跟蹤目標參考值穩定運行。
[0007]本發明提供的技術方案是:
一種向多落點無源網絡供電的多端混合直流輸電系統，其特征在于，包括整流側以及多端連接在整流站側的逆變站側；其中， 所述整流站側包括兩個六脈動LCC換流器串聯且中性點接地并分別接一個換流變壓器后接在交流系統上；兩個六脈動LCC換流器的輸出分別接平波電抗器后接多端逆變站側；所述LCC換流器交流側還安裝有交流濾波器；
多端逆變站側為多組并聯，其中，第一組包括依次連接的直流電路和VSC1換流器；……；第η組包括依次連接的直流電路和VSCn換流器；穩壓電容并聯于直流線路和地之間；VSC換流器的輸出依次連接變壓器和相電抗器的等效電阻、等效電感、無源網絡等效電阻、等效電抗；多個VSC換流器交流側均安裝有交流濾波器；除第一組逆變站側外，其余第2組至第η組的直流線路正負極各串聯一個限流電阻后與六脈動LCC換流器輸出連接；所述限流電阻兩端并聯一個限流開關。
[0008]在上述的一種向多落點無源網絡供電的多端混合直流輸電系統拓撲，所述LCC換流器則采用定直流電壓斜率；所述VSC1、VSCn換流器采用定交流電壓斜率控制。
[0009]—種基于向多落點無源網絡供電的多端混合直流輸電系統拓撲的控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟1:整個系統處于停機狀態，LCC換流器通過變壓器接交流系統且處于閉鎖狀態；多個VSC換流器接多落點無源網絡且處于閉鎖狀態。
[0010]步驟2:閉合LCC換流器并采用定直流電壓斜率控制為直流側電容充電建立直流電壓達到額定直流電壓；為避免充電過程產生過流，直流電流指令從零開始以75kV/s速率增加至額定值，觸發角初始值設為90°，最小觸發角設定為5°。
[0011]步驟3:為避免切換過程產生過大振蕩，待直流電壓到達額定值時，啟動VSC1換流器，做定交流電壓控制，且交流電壓的d軸分量指令值以200Kv/s由零逐漸升至1.0pu、交流電壓q軸分量指令值為Opu ;有功功率逐漸由整流側傳輸至VSC1所接無源網絡。
[0012]步驟4:后期新增VSCn換流站投入時，開關閉合；限流開關斷開，從直流線路引入直流電源為新投入的VSCn換流器穩壓電容充電，限流電阻投入為抑制沖擊電流。
[0013]步驟5:待VSCn換流器直流電壓升至額定值時，限流開關閉合，限流電阻退出，同時解鎖VSCn逆變器做定交流電壓斜率控制，交流電壓d軸分量以200kV/s速率由零逐漸升高至額定值，功率逐漸由LCC側傳輸至VSCn側無源網絡n，啟動過程完成。
[0014]因此，本發明具有如下優點:1，所述向多落點無源網絡供電的多端LCC-VSC型混合直流輸電系統，方便擴建，當有新增的VSC換流站及所連無源網絡投入時，只需將其并聯至原有系統直流公共節點處即可。2，設計了多端LCC-VSC型高壓直流輸電系統分期啟動控制策略:先平穩啟動兩端LCC-VSC1混合直流輸電系統，當有新增的VSCn換流站及所連無源網絡η投入時，通過交流開關和限流電阻從直流側引入直流電源向新增的VSCn換流器穩壓電容充電，無需增設輔助電源，且由于開關均作用于接通回路，不用于關斷電路，限流電阻限制充電電流在lkA以內，故可使用交流開關，無需使用直流開關。向多落點無源網絡供電的多端LCC-VSC型混合直流輸電系統從完全停機狀態平穩過渡到正常運行狀態，整個啟動過程平滑穩定，同時混合直流系統的控制策略完善清晰，啟動完成后能使系統準確跟蹤目標參考值穩定運行。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明涉及的啟動系統拓撲結構示意圖。
[0016]圖2為本發明涉及的整流器的控制框圖。
[0017]圖3為本發明涉及的逆變器的控制框圖。
[0018]圖4為本發明涉及的啟動控制系統框圖。
【具體實施方式】
[0019]為實現所需功能，本發明提出了如下實施方式:
圖1為整個向多落點無源網絡供電的多端LCC-VSC型混合直流輸電系統