一种智能的混合直流输电系统及故障处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能的混合直流输电系统及故障处理方法，尤其涉及一种应用在至少一端为含有电流源型换流器的整流换流站，一端为含有电压源型换流器的逆变换流站组成的混合直流输电系统及故障处理方法。
【背景技术】
[0002]高压直流输电系统可分为两种类型:基于晶闸管技术的常规直流输电系统(LCC-HVDC)和基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)。其中，常规直流输电系统(LCC-HVDC)成本低、损耗小、运行技术成熟，目前，世界上正在运行的直流输电系统几乎都是LCC-HVDC系统，但常规直流输电系统(LCC-HVDC)存在逆变侧容易发生换相失败、对交流系统的依赖性强、吸收大量无功、换流站占地面积大等缺点。而新一代的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)则能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在逆变侧换相失败问题等优点，但其存在成本尚昂、损耗$父大等缺陷。
[0003]因此结合常规直流输电和柔性直流输电的混合直流输电系统将具有很好的工程应用前景。目前混合直流输电系统的拓扑结构主要有如图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统。这两种系统结合了常规直流输电损耗小、运行技术成熟以及柔性直流输电可以向无源网络供电、不会发生换相失败的优点。
[0004]但图1和2中的混合直流输电系统，当逆变侧电压源型换流器所连接的交流电网发生故障时，直流系统的有功功率不能输出到交流侧，而处于整流状态的电流源型换流器仍然按照既定的功率参考值向直流系统输送功率，此时直流侧电压将会由于能量不断的积累而快速增加，最终将危及直流设备安全。
[0005]现有技术中，基于晶闸管技术的常规直流输电系统，在逆变侧所连接的交流电网发生故障时，逆变侧换流器将发生换相失败，此相当于直流侧发生短路故障，因而不会引起大的直流过压。基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统，在逆变侧所连接的交流电网发生故障时，直流系统的有功功率也不能输出到交流侧，此时直流侧电压也会由于能量不断的积累而快速增加，其通过快速的减小直流侧有功功率参考值来保持直流侧的电压在可控范围内，不至于过高。但此种方法对于混合直流输电系统并不适用，混合直流输电系统的整流侧是电流源型换流器，其功率电流调节器的速度比柔性直流输电系统的慢的多，通过减小直流侧有功功率参考值并不能及时的阻止能量不断的积累，加上长输电线的寄生电感所储存的能量的作用，混合直流输电系统的直流母线电压及子模块电容电压仍然会大幅超过可接受范围，危及设备安全。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明提供一种智能的混合直流输电系统及故障处理方法，能够有效处理混合直流输电系统中逆变侧电压源型换流器所连接的交流电网发生故障时所引起的直流过压问题，防止直流母线及子模块电容过电压，可靠的穿越交流故障，更好的保护设备安全。
[0007]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
[0008]—种智能的混合直流输电系统，包括混合直流输电系统，所述混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，所述整流换流站包括至少一组电流源型换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元；
[0009]其特征在于，还包括故障处理装置，所述故障处理装置包括采集单元、故障判别单元、有功功率电流控制单元和直流电压控制单元，其中:
[0010]所述采集单元用于采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、逆变换流站所连接交流电网的交流电压以及逆变换流站内电压源型换流器的子模块电容电压；
[0011]所述故障判别单元用于依据采集单元所采集的相关模拟量的状态进而判断混合直流输电系统是否发生故障；
[0012]所述有功功率电流控制单元用于根据故障判别单元的判别结果控制整流换流站输出的功率及逆变换流站输出的交流电流；
[0013]所述直流电压控制单元用于根据故障判别单元的判别结果控制逆变换流站产生的直流电压。
[0014]其中，整流换流站与逆变换流站分别独立检测混合直流输电系统是否发生故障，或者整流换流站与逆变换流站通过通信共同检测混合直流输电系统是否发生故障。
[0015]—种智能的混合直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0016]步骤1、采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、逆变换流站所连接交流电网的交流电压以及逆变换流站内电压源型换流器的子模块电容电压；
[0017]步骤2、依据步骤1采集的模拟量判别混合直流输电系统是否发生故障；
[0018]步骤3、若发生故障，则改变整流换流站输送的功率，同时改变逆变换流站产生的直流电压和/或输出的交流电流。
[0019]其中，当故障消失时，则整流换流站输送的功率恢复至故障前的功率、逆变换流站产生的直流电压及输出的交流电流恢复至故障前的水平。
[0020]优选，整流换流站通过增大触发角或依据测量的直流电压值改变直流功率/电流指令的一种或组合来改变输送的功率；逆变换流站依据实测的交流母线电压的有效值动态改变交流电流指令来改变输出的交流电流、逆变换流站依据实测的子模块电容电压动态改变子模块的投切个数来改变产生的直流电压。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]1)本发明能够有效处理混合直流输电系统中逆变换流站端的交流故障，防止直流母线及子模块电容过电压，可靠的穿越交流故障，更好的保护设备安全。
[0023]2)本发明能够有效处理混合直流输电系统中逆变侧逆变换流站所连接的交流电网发生故障时所引起的直流过压问题，可以在故障期间有效的保持直流侧电压在可控范围内。
[0024]3)本发明结构简单，操作方便，可以在逆变侧逆变换流站所连接的交流电网发生故障时，有效防止直流电压的升高，保持直流侧电压在可控范围内，从而有效的穿越交流故障。
【附图说明】
[0025]图1是对称单极接线的混合两端直流输电系统示意图；
[0026]图2是对称双极接线的混合两端直流输电系统示意图；
[0027]图3是本发明一种智能的混合直流输电系统故障处理装置的结构框图；
[0028]图4是本发明一种智能的混合直流输电系统的故障处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0030]一种智能的混合直流输电系统，包括混合直流输电系统和故障处理装置，其中，混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，逆变换流站通过变压器连接受端交流电网，所述整流换流站包括至少一组电流源型换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元。
[0031]一般的，整流换流站采用基于晶闸管器件的电流源型换流器，电流源型换流器可以为六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路或者双十二脉动桥式电路；而逆变换流站采用基于全控型电力电子器件的电压源型换流器，构成电压源型换流器桥臂的子模块是以下一种或多种:半桥型、全桥型、类全桥型、箝位双子模块型，而构成子模块的开关器件是全控型开关器件，比如 IGBT、IGCT、IEGT 或 GT0。
[0032]图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统是比较常见的混合直流输电系统，本发明适用于如图1和图2所示的混合直流输电系统，但不限于这两种输电系统，方法适用于所有的混合直流输电系统。下面以图2作为具体实施例进行说明。
[0033]如图2所示，混合直流输电系统包括:整流换流站和逆变换流站，两者通过两条直流输电线路相连，其中:整流换流站用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路传送给逆变换流站，送端交流电网进站的母线上可连接有无源滤波器，也可能没有，需根据系统工程条件来确定，当电流源型换流器由晶闸管换流器组成时，一般需要装设无源滤波器，有时还需要装设无功补偿电容器。图2中整流换流站由两组晶闸管换流器单元串联组成，其串联节点连接接地极，串联后的正负两端均通过平波电抗器与直流输电线路相连接；同时在直流线路与大地之间装设有直流滤波器。
[0034]晶闸管换流器单元采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成，晶闸管换流器采用定直流电流控制策