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      一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法

      文檔序號:7383941閱讀:273來源:國知局
      一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,分別對正極換流器和負極換流器進行控制;增加中性線電流閉環(huán)控制:以對中性線電流為零為控制目標,以中性線電流采樣值為反饋,進行PI控制;中性線電流閉環(huán)控制的輸出,用于與正極和/或負極控制中有功功率相關控制的指令進行疊加。本發(fā)明的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,通過平衡控制閉環(huán),給定中性線電流指令為零,通過與采樣值做差進行PI控制,實現(xiàn)中線電流的閉環(huán)控制。避免了大地回線運行的危害,對于金屬回線型式的系統(tǒng),采取本發(fā)明的平衡控制能夠降低換流器系統(tǒng)損耗。
      【專利說明】一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法

      【技術領域】
      [0001] 本發(fā)明涉及一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法。

      【背景技術】
      [0002] 對稱雙極系統(tǒng)是柔性直流輸電中電壓源換流器一種常用拓撲。具有直流過電壓水 平低、單閥控制節(jié)點少、單極故障損失負荷減半、可以分期建設并和傳統(tǒng)直流進行極混聯(lián)等 優(yōu)點,因此在工程中具有一定的用武之地。
      [0003] 電壓源型對稱雙極換流器的兩極換流器采用單獨控制器進行控制,容易受系統(tǒng)擾 動影響,存在兩極換流器輸出電流不均衡的問題。對于大地回線的對稱雙極換流器系統(tǒng),雙 極非平衡運行將產(chǎn)生對地電流,對地電流將對接地極附近的地下金屬構件產(chǎn)生腐蝕,對接 地極附近的電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響:比如產(chǎn)生直流偏磁導致變壓器飽和,也會在接地極附件產(chǎn) 生跨步電壓,危及人身安全。
      [0004] 雙極型換流器系統(tǒng)主要分為金屬回線和大地回線兩類,其中金屬回線雙極系統(tǒng) (如圖2)為中性線單點接地,以避免對地電流。大地回線雙極系統(tǒng)(如圖1)為兩端換流器 中性線分別接地,以構成大地回路。
      [0005] 對于大地回線型式,系統(tǒng)需要雙極平衡控制及對地電流保護。若系統(tǒng)兩極輸出電 流不平衡,將導致地電流過大,存在以下危害:對接地極附近的地下金屬構件產(chǎn)生腐蝕;對 接地極附近的電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響(如直流偏磁導致變壓器飽和);在接地極附件產(chǎn)生跨步 電壓,危及人身安全。
      [0006] 對于金屬回線型式,當雙極不平衡運行時,直流中性線將流過電流。金屬回線型式 的系統(tǒng)可以運行在非對稱狀態(tài)下時,換流器系統(tǒng)損耗增大。
      [0007] 因上述危害,大地回線運行的工程必須進行對地電流進行限制,采用平衡控制;金 屬回線型進行平衡控制也能夠起到積極效果。


      【發(fā)明內容】

      [0008] 本發(fā)明的目的是提供一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,用以避免輸 出電流不平衡。
      [0009] 為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的方案包括:
      [0010] 一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,分別對正極換流器和負極換流器 進行控制;增加中性線電流閉環(huán)控制:以對中性線電流為零為控制目標,以中性線電流采 樣值為反饋,進行PI控制;中性線電流閉環(huán)控制的輸出,用于與正極和/或負極控制中有功 功率相關控制的指令進行疊加。
      [0011] 所述有功功率相關控制包括有功功率控制、交流電壓控制或者直流母線電壓控 制。
      [0012] 定義直流母線流出的電流方向為正,換流器交流側流出的電流方向為正;中性線 電流閉環(huán)控制輸出正向疊加在負極有功功率相關控制的指令上,負向疊加在負極有功功率 相關控制的指令上。
      [0013] 本發(fā)明的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,通過平衡控制閉環(huán),給 定中性線電流指令為零,通過與采樣值做差進行PI控制,實現(xiàn)中線電流的閉環(huán)控制。避免 了大地回線運行的危害,對于金屬回線型式的系統(tǒng),采取本發(fā)明的平衡控制能夠降低換流 器系統(tǒng)損耗。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0014] 圖1(a)、圖1(b)分別是對稱雙極大地回線形式和對稱雙極金屬回線形式的換流 器結構;
      [0015] 圖2是對稱雙極換流器定有功功率控制的平衡控制框圖;
      [0016] 圖3是對稱雙極換流器非有功功率控制的備用平衡控制框圖;
      [0017] 圖4是仿真中網(wǎng)側A相接地故障時中性線電流仿真波形圖。

      【具體實施方式】
      [0018] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
      [0019] 本發(fā)明將以大地回線型式為例闡述平衡控制方法。本發(fā)明的基本思路在于:通過 控制中性傳輸線電流為零,達到對稱雙極換流器平衡運行的目的。
      [0020] 如圖2所示,現(xiàn)有技術的雙極換流器控制結構包括:正極雙閉環(huán)控制和負極雙閉 環(huán)控制,正極控制與負極控制是對稱的:對于正極,正極控制包括由正極無功功率閉環(huán)控 制、正極有功功率閉環(huán)控制構成的功率外環(huán),以及正極q軸電流閉環(huán)控制、正極d軸電流閉 環(huán)控制構成的電流內環(huán)。無功功率閉環(huán)控制的輸出做為q軸電流閉環(huán)控制的輸入,有功功 率閉環(huán)控制的輸出做為d軸電流閉環(huán)控制的輸入;對于負極,負極控制包括由負極無功功 率閉環(huán)控制、負極有功功率閉環(huán)控制構成的功率外環(huán),以及負極q軸電流閉環(huán)控制、負極d 軸電流閉環(huán)控制構成的電流內環(huán)。無功功率閉環(huán)控制的輸出做為q軸電流閉環(huán)控制的輸 入,有功功率閉環(huán)控制的輸出做為d軸電流閉環(huán)控制的輸入。電流閉環(huán)控制的輸出通過旋 轉坐標變換后進行調制、輸出控制。
      [0021] 在現(xiàn)有技術的基礎上,本發(fā)明增加了一個中性線電流閉環(huán)控制,如圖2所示平衡 控制環(huán):以對中性線電流為零為控制目標,以中性線電流采樣值為反饋,進行PI控制;中性 線電流閉環(huán)控制的輸出,用于與有功功率閉環(huán)控制的輸入指令進行疊加。
      [0022] 具體疊加方式視情況而定:定義直流母線流出的電流方向為正,換流器交流側流 出的電流方向為正??刂圃頌楫斨行跃€電流為正時,表明負極換流器輸出電流偏低,需要 增加其輸出功率,正向疊加在負極有功功率閉環(huán)指令上,正極換流器輸出電流偏高,需要降 低其輸出功率,負向疊加在負極有功功率閉環(huán)指令上,反之亦然。即:中性線電流閉環(huán)控制 輸出正向疊加在負極有功功率相關控制的指令上,負向疊加在負極有功功率相關控制的指 令上。
      [0023] 以上實施例中的平衡控制方法基于電壓源換流器的有功功率控制器,構成平衡控 制閉環(huán),給定中性線電流指令為零,通過與采樣值做差進行PI控制,實現(xiàn)中線電流的閉環(huán) 控制。
      [0024] 而對于其他非有功功率控制的換流器,可將平衡控制環(huán)的輸出作為備用疊加在外 環(huán)指令上,當轉換為有功功率控制模式時觸發(fā)該控制器投入閉環(huán)控制。圖3給出了該情況 的控制結構圖。非有功功率控制指直流母線電壓控制或者交流母線電壓控制等。有功功率 控制、非有功功率控制在本申請中統(tǒng)稱有功功率相關控制,因為它們的輸出都作為d軸電 流閉環(huán)的輸入。
      [0025] 為使平衡控制更加快速、可靠,圖2、圖3控制框圖中將平衡控制環(huán)的輸出作為偏 置同時疊加在正負極兩個換流器的控制變量指令上。但也可簡化控制,僅將平衡控制環(huán)的 輸出作用于其中一極控制器上。
      [0026] 隨著全控型電力電子器件的發(fā)展和電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用,基于電壓 源換流器的柔性直流輸電技術日益受到重視。模塊化多電平換流器(Modular multilevel converter, MMC)是柔性直流輸電系統(tǒng)應用中電壓源換流器的一種,具備制造難度低、損耗 小、波形質量高、故障處理能力強等優(yōu)點,得到了廣泛的應用。本發(fā)明以MMC為例進行電壓 源換流器的分析、仿真。
      [0027] 仿真系統(tǒng)是采用額定直流電壓為400kV,額定有功傳輸功率為2*100MW的模型。兩 極換流器均采用每橋臂250個子模塊,額定交流閥側電壓為208. 2kV,仿真周期為12. 5us, 控制周期為50us。
      [0028] 為了制造明顯的中性線電流不為零的工況,本文采用系統(tǒng)額定功率運行中,在 0. 6s至0. 8s時間段,定功率側正極換流器網(wǎng)側A相電壓低落到零的故障工況。
      [0029] 由圖4可知,未使能平衡控制的工況下,故障時段中性線電流具有約-60A的直流 偏置。而當使能平衡控制的工況下,對地電流控制到了零附近,且無直流偏置。
      [0030] 由以上仿真可以證明本發(fā)明的平衡控制方法能夠起到將兩極換流器控制到平衡 狀態(tài),中性線平均電流控制到零的作用。
      [0031] 以上給出了具體的實施方式,但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基 本思路在于上述基本方案,對本領域普通技術人員而言,根據(jù)本發(fā)明的教導,設計出各種變 形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對 實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內。
      【權利要求】
      1. 一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,分別對正極換流器和負極換流器進 行控制;其特征在于,增加中性線電流閉環(huán)控制:以對中性線電流為零為控制目標,以中性 線電流采樣值為反饋,進行PI控制;中性線電流閉環(huán)控制的輸出,用于與正極和/或負極控 制中有功功率相關控制的指令進行疊加。
      2. 根據(jù)權利要求1所述的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,其特征在 于,所述有功功率相關控制包括有功功率控制、交流電壓控制或者直流母線電壓控制。
      3. 根據(jù)權利要求1所述的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法,其特征在 于,定義直流母線流出的電流方向為正,換流器交流側流出的電流方向為正;中性線電流閉 環(huán)控制輸出正向疊加在負極有功功率相關控制的指令上,負向疊加在負極有功功率相關控 制的指令上。
      【文檔編號】H02J3/36GK104065287SQ201410243441
      【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
      【發(fā)明者】吳金龍, 張建, 張 浩, 王先為, 劉欣和, 楊美娟, 張軍 申請人:許繼電氣股份有限公司, 西安許繼電力電子技術有限公司
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