用于测量hvdc系统电力的方法
【专利摘要】一种测量高压直流系统中的功率值的方法，该方法包括以下步骤：接收电流值和电压值，其由安装在电力转换站的特定位置的传感器组测量；识别传感器组安装的位置的线路阻抗；计算所述电力转换站的第一功率值；计算所述电力转换站的第二功率值；计算所述电力转换站的第三功率值；和通过将计算出的第一功率值、第二功率值和第三功率值互相比较，来确定第二和第三功率值中的一个作为电力转换站的实际功率值。
【专利说明】
用于测量HVDC系统电力的方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及高压直流(HVDC，high voltage direct current)系统(下文简化为“HVDC")，更特别地，涉及一种通过使用电压传感器和电流传感器测得的值来计算功率值的方法。
【背景技术】
[0002]HVDC系统指电力传输系统，其中电力发送站将由电力站生成的交流电力转换为直流电力以进行发送，然后电力接收站再将直流电力重新转换为交流电力以进行提供。
[0003]HVDC系统应用到海底电缆电力传输、大容量长距离电力传输、交流电网互连等。同样地，该HVDC系统使具有不同频率的电网能够互连以及使得能够进行异步互连。
[0004]电力发送站将交流电力转换为直流电力。即，由于使用海底电缆发送交流电力等的状态非常危险，所以电力发送站将交流电力转换为直流电力，然后发送该电力到电力接收站。
[0005]同时，不同类型的电压转换器用于HVDC系统，并且模块化多级转换器近来受到大量关注。
[0006]模块化多级转换器(MMC，modular mult1-level converter)为使用多个子模块将交流电力转换为直流电力的设备，并且通过将每个子模块控制在充电、放电和旁通状态来操作。
[0007]变压器安装在HVDC系统的几个部位以便控制和保护系统。
[0008]然而，即使是同一设备，基于电压测量范围的不同，变压器也会感测出不同的测量值，并且因此会发生被认为是系统故障的测量误差，从而在严重情况下不得不停止系统操作。
[0009]S卩，单个变压器的电压测量误差通常具有0.2%到0.5%之间的范围(margin)。然而，当测量超高电压时，安装在HVDC系统中的变压器具有很大的测量误差范围，同样地在多个变压器安装在几个部位的情况下，由每个变压器的测量误差导致的误差范围没有任何选择余地地只能变得更大。
[0010]也使用了更精确的感测设备来解决该问题，但是使用更精确的感测设备会带来安装成本问题和和某些技术问题。
【发明内容】
[0011]因此，本发明的目的在于提出一种用于测量HVDC系统中的功率值的方法，其能够校正由安装在HVDC系统中的传感器的测量误差导致的电力测量损耗。
[0012]本发明的另一个目的在于提出一种测量HVDC系统中的功率值的方法，其中使用阻抗值将电流和电压的测量误差相互比较以使用具有较小误差的测量值来计算电力。
[0013]为了获取这些和其他目的以及与本发明的目标一致，如这里体现和宽泛描述的一样，根据本发明，提供一种测量高压直流系统中的功率值的方法，该方法包括以下步骤:
[0014]接收电流值和电压值，其由安装在电力转换站的特定位置的传感器组测量；
[0015]识别安装传感器组的位置的线路阻抗；
[0016]通过使用所述电流值和电压值，计算所述电力转换站的第一功率值；
[0017]通过使用所述电流值和线路阻抗，计算所述电力转换站的第二功率值；
[0018]通过使用所述电压值和线路阻抗，计算所述电力转换站的第三功率值;和
[0019]通过将计算出的第一功率值、第二功率值和第三功率值互相比较，确定第二和第三功率值中的任何一个作为所述电力转换站的实际功率值。
[0020]根据本发明的一方面，传感器组包括测量特定位置的电流的电流传感器;和测量特定位置的电压的电压传感器。
[0021]根据本发明的另一方面，线路阻抗包括将电流传感器与电压传感器相连的线路的阻抗。
[0022]根据本发明的另一方面，本发明的方法进一步包括判定电力转换站的工作状态是电力发送工作状态还是电力接收工作状态的步骤，
[0023]其中识别安装传感器组的位置的线路阻抗包括识别与所识别的工作状态对应的线路阻抗的步骤。
[0024]根据本发明的另一方面，确定实际功率值的步骤包括以下步骤:
[0025]将第一功率值、第二功率值和第三功率值相互比较，并且识别出具有在电压值测量误差与电流值测量误差之间的更小测量误差的测量值；
[0026]识别出使用第二功率值和第三功率值的识别出的测量值而计算出的功率值;和
[0027]将使用识别出的测量值计算的功率值确定为实际功率值。
[0028]根据本发明的另一方面，本发明的方法进一步包括输出请求更换所测量的测量值具有更大误差的传感器的信号的步骤。
[0029]本发明应用的近一步范围将根据下文给出的详细说明书变得显而易见。然而，应当理解，指示本发明的优选实施例的详细说明和特定示例仅仅是通过阐述的方式给出，因为在本发明的精神和范围内的不同改变和变型对于本领域技术人员来说是显而易见的。
【附图说明】
[0030]被包含以提供本发明的进一步理解并被结合而构成本说明书一部分的附图显示示例性实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理.
[0031]在附图中:
[0032]图1显示了根据本发明的实施例的HVDC系统的系统配置；
[0033]图2显示了根据本发明的一个实施例的单极型HVDC系统的系统配置；
[0034]图3显示了根据本发明的另一实施例的双极型HVDC系统的系统配置；
[0035]图4显示了根据本发明的一个实施例的变压器和三相阀桥的接线；
[0036]图5显示了根据本发明的一个实施例的模块化多级转换器的框图；
[0037]图6显示了根据本发明的另一实施例的模块化多级转换器的框图；
[0038]图7显示了根据本发明的一个实施例的多个子模块的连接；
[0039]图8显示了根据本发明的一个实施例的子模块的配置的示例视图；
[0040]图9显示了根据本发明的一个实施例的子模块的等效模块；
[0041]图10到13显示了根据本发明的一个实施例的子模块的操作；
[0042]图14显示了根据本发明的一个实施例的功率值校正设备的配置框图；和
[0043]图15至16显示了根据本发明的一个实施例的用于测量HVDC系统中的功率值的方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0044]本发明的优点和特征，以及其中的实施方式将通过参考附图的以下实施例变得清晰。
[0045]然而，本发明以不同的形式体现，并且不应当解释为限制在所述的实施例。而提供这些实施例是为了使得本发明完整和透彻，并且将本发明的范围完整地传递给本领域技术人员。进一步，本申请仅仅是由权利要求限定的。无论何处，相同的参考数字在所有附图中表示相同的或类似的部。
[0046]在本发明的实施例的描述中，当确定详细说明的相关已知功能或配置会不必要地模糊本发明的重点时，详细说明将被省略。考虑其在本发明的实施例中的功能来定义以下使用术语，并且依靠本领域技术人员的意图、实践等而改变。因此，这里使用的术语应当理解为不是简单地使用实际的术语，而是带有隐含的以及说明书公开的含义。
[0047]附图中的流程图的每个方框和步骤的组合可以由计算机程序指令来实施。由于在通用目的计算机、专业计算机或其他可编程数据处理设备的处理器中记录计算机程序指令，通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令生成用于执行在流程图的每个步骤或附图的每个方框中描述的功能的工具。由于计算机程序指令存储在支持计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式实施功能的计算机可用或计算机可读存储器中，所以存储在计算机可用或计算机可读存储器的指令生成包括用于执行在附图的每个方框或流程图的每个步骤中描述的功能的指令工具的产品项目。由于计算机程序指令加载在计算机或其他可编程数据处理设备上，所以在计算机或其他可编程数据处理设备上执行一系列的操作步骤以生成由计算机执行的过程，而用于实施计算机或其他可编程数据处理设备的指令提供实施在附图的每个方框或流程图的每个步骤中描述的功能的步骤。
[0048]同样地，每个方框或每个步骤表示模块的一部分、段或代码，其包括用于执行特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在几个可替代实施例中，应当注意，在方框或步骤中提及的功能与顺序无关。例如，两个连续显示的方框或步骤可大致同时执行，或根据其功能而反序执行。
[0049]图1显示了根据本发明的实施例的高压直流(HVDC)传输系统。
[0050]如图1所示，根据本发明实施例的HVDC系统100包括发电部101、电力发送侧交流(AC)部110、电力发送侧电力转换部103、直流(DC)电力发送部140、电力接收侧电力转换部105、电力接收侧交流部170、电力接收部180和控制部190。电力发送侧电力转换部103包括电力发送侧变压器部120和电力发送侧AC到DC转换器部130。
[0051 ]电力接收侧电力转换部105包括电力接收侧DC到AC逆变器部150和电力接收侧变压器部160。
[0052]发电部101生成三相AC电力。
[0053]发电部101包括多个发电站。
[0054]电力发送侧AC部110传送由发电部101生成的三相AC电力到包含电力发送侧变压器部120和电力发送侧AC到DC转换器部130的DC电力转换部。
[0055]电力发送侧变压器部120使得电力发送侧AC部110隔离于电力发送侧AC到DC转换器部130和DC电力发送部140。
[0056]电力发送侧AC到DC转换器部130将电力发送侧变压器部120输出的三相AC电力转换为DC电力。
[0057]DC电力发送部140发送电力发送侧的DC电力到电力接收侧。
[0058]电力接收侧DC到AC逆变器部150将DC电力发送部140传输的DC电力转换为三相AC电力。
[0059]电力接收侧变压器部160将电力接收侧AC部170隔离于电力接收侧DC到AC逆变器部150和DC电力发送部140。
[0060]电力接收侧AC部170提供具有与电力接收侧变压器部160的输出对应的三相AC电力至电力接收部180。
[0061 ]控制部190控制发电部101、电力发送侧AC部110、电力发送侧电力转换部103、DC电力发送部140、电力接收侧电力转换部105、电力接收侧AC部170、电力接收部180、电力发送侧AC到DC转换器部130和电力接收侧DC到AC逆变器部150的至少一个。
[0062]特别地，控制部190控制在电力发送侧AC到DC转换器部130和电力接收侧DC-AC逆变器部150中多个阀的导通正时和关断正时。这里，这些阀包括晶闸管或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
[0063]图2显示了根据本发明的一个实施例的单极型HVDC系统。
[0064]特别地，图2显示了发送单极DC电力的系统。在以下描述中，假定但是不限定单极为正极。
[0065]电力发送侧AC部110包括AC电力传输线111和AC滤波器113。
[0066]AC电力传输线111传送由发电部101生成的三相AC电力到电力发送侧电力转换部103。
[0067]AC滤波器113从传送的三相AC电力中去除除了电力转换部103使用的频率分量之外的其他频率分量。
[0068]电力发送侧变压器部120包括用于正极的一个或多个变压器121。对于正极，电力发送侧AC到DC转换器部130包括生成正极DC电力的AC到正极DC转换器131，AC到正极DC转换器131包括分别对应变压器121的一个或多个三相阀桥131 a。
[0069]当使用一个三相阀桥131a时，通过使用AC电力，AC到正极DC转换器131生成具有6个脉冲的正极DC电力。在这种情况下，变压器121的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状或Y-德尔塔(A)形状的接线。
[0070]当使用两个三相阀桥131a时，通过使用AC电力，AC到正极DC转换器131生成具有12脉冲的正极DC电力。在这种情况下，变压器121之一的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状的接线，并且另一变压器121的初级线圈和次级线圈具有Y-德尔塔(Δ )形状的接线。
[0071]当使用三个三相阀桥131a时，通过使用AC电力，AC到正极DC转换器131生成具有18个脉冲的正极DC电力。正极DC电力具有的脉冲数越多，则滤波器的成本越低。
[0072]DC电力发送部140包括电力发送侧正极DC滤波器141、正极DC电力传输线143和电力接收侧正极DC滤波器145。
[0073]电力发送侧正极DC滤波器141包括电感LI和电容Cl，并且其执行对AC到正极DC转换器131输出的正极DC电力的DC滤波。
[0074]正极DC电力传输线143具有发送正极DC电力的一个DC线路，并且使用地线作为电流反馈路径。一个或多个开关安装在DC线路上。
[0075]电力接收侧正极DC滤波器145包括电感L2和电容C2，并且其执行对通过正极DC电力传输线143传送的正极DC电力的DC滤波。
[0076]电力接收侧DC到AC逆变器部150包括正极DC到AC逆变器151，且正极DC到AC逆变器151包括一个或多个三相阀桥151a。
[0077]电力接收侧变压器部160包括分别对应用于正极的每个三相阀桥151a的一个或多个变压器161。
[0078]当使用一个三相阀桥151a时，通过使用正极DC电力，正极DC到AC逆变器151生成具有6个脉冲的AC电力。在这种情况下，变压器161的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状或Y-德尔塔(A)形状的接线。
[0079]当使用两个三相阀桥151a时，通过使用正极DC电力，正极DC到AC转换器131生成具有12脉冲的AC电力。在这种情况下，变压器161之一的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状的接线，并且另一变压器161的初级线圈和次级线圈具有Y-德尔塔(Δ )形状的接线。
[0080]当使用三个三相阀桥151a时，通过使用正极DC电力，正极DC到AC转换器151生成具有18个脉冲的DC电力。AC电力具有的脉冲数越多，则滤波器的成本越低。
[0081 ]电力接收侧AC部170包括AC滤波器171和AC电力传输线173。
[0082]AC滤波器171从由电力接收侧电力转换部105生成的AC电力中去除除了电力接收部180使用的频率分量(例如，60Hz)之外的其他频率分量。
[0083]AC电力传输线173传送滤波后AC电力到电力接收部180。
[0084]图3显示了根据本发明的另一个实施例的双极型HVDC系统。
[0085]特别地，图3显示了发送两极的DC电力的系统。在下文中，假定但不限制两极为正极和负极。
[0086]电力发送侧AC部110包括AC电力传输线111和AC滤波器113。
[0087]AC电力传输线111传送由发电部101生成的三相AC电力到电力发送侧电力转换部103。
[0088]AC滤波器113从传送的三相AC电力中去除除了电力转换部103所使用频率分量之外的其他频率分量。
[0089]电力发送侧变压器部120包括用于正极的一个或多个变压器121和用于负极的一个或多个变压器122。电力发送侧AC到DC转换器部130包括生成正极DC电力的AC到正极DC转换器131，和生成负极DC电力的AC到负极DC转换器132 AC到正极DC转换器131包括分别对应用于正极的一个或多个变压器121的一个或多个三相阀桥131a，以及AC到负极DC转换器132包括分别对应用于负极的一个或多个变压器122的一个或多个三相阀桥132a。
[0090]当使用一个三相阀桥131a用于正极时，通过使用AC电力，AC到正极DC转换器131生成具有6个脉冲的正极DC电力。在这种情况下，变压器121的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状或Y-德尔塔(A)形状的接线。
[0091]当使用两个三相阀桥131a用于正极时，通过AC电力，AC到正极DC转换器131生成具有12脉冲的正极DC电力。在这种情况下，变压器121之一的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状的接线，并且另一个变压器121的初级线圈和次级线圈具有Y-德尔塔(Δ )形状的接线。
[0092]当使用三个三相阀桥131a用于正极时，通过使用AC电力，AC到正极DC转换器131生成具有18个脉冲的正极DC电力。正极DC电力具有的脉冲数越多，则滤波器的成本越低。
[0093]当使用一个三相阀桥132a用于负极时，通过使用AC电力，AC到负极DC转换器13 2生成具有6个脉冲的负极DC电力。在这种情况下，变压器122的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状或Y-德尔塔(A)形状的接线。
[0094]当使用两个三相阀桥132a用于负极时，通过使用AC电力，AC到负极DC转换器132生成具有12脉冲的负极DC电力。在这种情况下，变压器122之一的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状的接线，并且另一个变压器122的初级线圈和次级线圈具有Y-德尔塔(Δ )形状的接线。
[0095 ]当使用三个三相阀桥13 2a用于负极时，通过使用AC电力，AC到负极DC转换器13 2生成具有18个脉冲的负极DC电力。负极DC电力具有的脉冲数越多，则滤波器的成本越低。
[0096]DC电力发送部140包括电力发送侧正极DC滤波器141、电力发送侧负极DC滤波器142、正极DC电力传输线143、负极DC电力传输线144、电力接收侧正极DC滤波器145、和电力接收侧负极DC滤波器146。
[0097]电力发送侧正极DC滤波器141包括电感LI和电容Cl，其对AC到正极DC转换器131输出的正极DC电力进行DC滤波。
[0098]电力发送侧负极DC滤波器142包括电感L3和电容C3，其对AC到负极DC转换器132输出的负极DC电力进行DC滤波。
[0099]正极DC电力传输线143具有发送正极DC电力的一条DC线路，并且使用地线作为电流反馈路径。一个或多个开关安装在DC线路上。
[0100]负极DC电力传输线路具有发送负极DC电力的一条DC线路，并且使用地线作为反馈通道。一个或多个开关安排在DC线路上。
[0101]电力接收侧正极DC滤波器145包括电感L2和电容C2，其对通过正极DC电力传输线143传送的正极DC电力进行DC滤波。
[0102]电力接收侧负极DC滤波器146包括电感L4和电容C4，其对通过负极DC电力传输线144传送的负极DC电力进行DC滤波。
[0103]电力接收侧DC到AC逆变器部150包括正极DC到AC逆变器151和负极DC到AC逆变器152，其中正极DC到AC逆变器151包括一个或多个三相阀桥151a，负极DC到AC逆变器152包括一个或多个三相阀桥152a。
[0104]电力接收侧变压器部160包括用于正极的一个或多个变压器161，其分别对应一个或多个三相阀桥151a，并包括用于负极的一个或多个变压器162，其分别对应一个或多个三相阀桥152a。
[0105]当使用一个三相阀桥151a用于正极时，使用正极DC电力，正极DC到AC逆变器151生成具有6个脉冲的AC电力。在这种情况下，变压器161的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状或Y-德尔塔(A )形状的接线。
[0106]当使用两个三相阀桥151a用于正极时，通过使用正极DC电力，正极DC到AC逆变器151生成具有12脉冲的AC电力。在这种情况下，变压器161之一的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状的接线，并且另一个变压器161的初级线圈和次级线圈具有Y-德尔塔(Δ )形状的接线。
[0107]当使用三个三相阀桥151a用于正极时，通过使用正极DC电力，正极DC到AC逆变器151生成具有18个脉冲的AC电力。AC电力具有的脉冲数越多，则滤波器的成本越低。
[0108]当使用一个三相阀桥152a用于负极时，通过使用负极DC电力，负极DC到AC逆变器152生成具有6个脉冲的AC电力。在这种情况下，变压器162的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状或Y-德尔塔(A )形状的接线。
[0109]当使用两个三相阀桥152a用于负极时，通过使用负极DC电力，负极DC到AC逆变器152生成具有12脉冲的AC电力。在这种情况下，变压器162之一的初级线圈和次级线圈具有Y-Y形状的接线，并且另一个变压器162的初级线圈和次级线圈具有Y-德尔塔(Δ )形状的接线。
[0110]当使用三个三相阀桥152a用于负极时，通过使用负极DC电力，负极DC到AC逆变器152生成具有18个脉冲的AC电力。AC电力具有的脉冲数越多，则滤波器的成本越低。
[0111]电力接收侧AC部170包括AC滤波器171和AC电力传输线173。
[0112]AC滤波器171从电力接收侧电力转换部105生成的AC电力中去除除了电力接收部180使用的频率分量(例如，60Hz)之外的其余的频率分量。
[0113]AC电力传输线173传送滤波后的AC电力到电力接收部180。
[0114]图4显示了根据本发明的一个实施例的变压器和三相阀桥的接线。
[0115]特别地，图4显示了用于正极的两个变压器121和用于正极的两个三相阀桥131a的接线。由于用于负极的两个变压器122和用于负极的两个三相阀桥132a的接线、用于正极的两个变压器161和用于正极的两个三相阀桥151a的接线、用于负极的两个变压器162和用于负极的两个三相阀桥152a、用于正极的一个变压器121和用于正极的一个三相阀桥131a的接线、用于正极的一个变压器161和用于正极的一个三相阀桥151a的接线等很容易从图4所示的本发明的实施例获取，因此那些附图和描述被省略。
[0116]在图4中，具有Y-Y形状接线的变压器121表示为上部变压器，具有Y-Δ形状接线的变压器121表示为下部变压器，连接到上部变压器的三相阀桥131a表示为上部三相阀桥，以及连接到下部变压器的三相阀桥131a表示为下部三相阀桥。
[0117]上部三相阀桥和下部三相阀桥具有输出DC电力的两个输出端子，即第一输出端子OUTl和第二输出端子0UT2。
[0118]上部三相阀桥包括6个阀，S卩Dl到D6，并且下部三相阀桥包括6个阀，S卩D7到D12。
[0119]阀Dl具有连接到第一输出端子OUTl的阴极，和连接到上部变压器的次级线圈的第一端子的阳极。
[0120]阀D2具有连接到阀D5阳极的阴极和连接到阀D6阳极的阳极。
[0121]阀D3具有连接到第一输出端子OUTl的阴极，和连接到上部变压器的次级线圈的第二端子的阳极。
[0122]阀D4具有连接到阀Dl阳极的阴极和连接到阀D6阳极的阳极。
[0123]阀D5具有连接到第一输出端子OUTl的阴极，和连接到上部变压器的次级线圈的第三端子的阳极。
[0124]阀D6具有连接到阀D3阳极的阴极。
[0125]阀D7具有连接到阀D6阳极的阴极和连接下部变压器的次级线圈的第一端子的阳极。
[0126]阀D8具有连接到阀Dll阳极的阴极和连接到第二输出端子0UT2的阳极。
[0127]阀D9具有连接到阀D6阳极的阴极和连接下部变压器的次级线圈的第二端子的阳极。
[0128]阀DlO具有连接到阀D7阳极的阴极和连接到第二输出端子0UT2的阳极。
[0129]阀Dll具有连接到阀D6阳极的阴极和连接下部变压器的次级线圈的第三端子的阳极。
[0130]阀D12具有连接到阀D9阳极的阴极和连接到第二输出端子0UT2的阳极。
[0131]同时，用模块化多级转换器200来配置电力接收侧DC到AC逆变器部150。
[0132]模块化多级转换器200使用多个子模块210将DC电力变换为AC电力。
[0133]参考图5和6描述模块化多级转换器200的配置。
[0134]图5和6为模块化多级转换器200的原理框图。
[0135]模块化多级转换器200包括中央控制器250、多个子控制器230和多个子模块210。
[0136]中央控制器250控制多个子控制器230，每个子控制器控制连接到该子控制器230的相应的子模块。
[0137]此时，如图5所示，一个子控制器230连接到一个子模块210，因此能够基于从中央控制器250发送的控制信号来控制连接到自身的子模块210的开关操作。
[0138]同样地，在另一方面，通过使用从中央控制器250发送的多个控制信号，一个子控制器230连接到如图6所示的多个子模块210以识别每个连接至其上的多个子模块210的控制信号，因此基于识别的控制信号分别控制多个子模块210。
[0139]中央控制器250确定多个子模块210的工作状态，根据确定的工作状态生成控制多个子模块210的操作的控制信号。
[0140]并且当生成控制信号时，中央控制器250传送生成的控制信号到子控制器230。
[0141]同时，给每个子控制器230分配地址，从而中央控制器250生成用于每个子模块210的控制信号，并且基于分配的地址传送生成的控制信号到子控制器230。
[0?42] 例如，第一子模块210和第一子控制器230彼此连接，从而通过第一子控制器230执行对第一子模块210的开关控制，并且假如分配给第一子模块210的地址信息为“I”，那么中央控制器250发送与地址分配为“I”的第一子模块210对应的控制信号。
[0143]并且第一子控制器230接收从中央控制器250发送的控制信号，并根据接收的控制信号控制与其连接的子模块210。
[0144]同时，从中央控制器250发送到子控制器130的控制信号可以包括子模块210的开关条件信息和指示由哪个子模块210来应用该开关条件信息的识别信息。
[0145]因此，使用包括在控制信号中的识别信息，子控制器230识别从中央控制器150发送的控制信号是否是与连接的子模块对应的控制信号，并且因此能够基于包括在控制信号中的开关条件信息控制子模块的开关。
[0146]同时，假如包括在接收的控制信号中的识别信息不能与连接到子控制器230的子模块210对应，那么子控制器230不会基于接收的控制信号对子模块210应用开关操作条件。
[0147]而且，子控制器23 O传送接收的控制信号到控制与包含在控制信号中的识别信息对应的子模块的另一个子控制器。
[0148]下文中，将详细描述子模块210、子控制器230和中央控制器250。
[0149]子模块210接收DC电力的输入，并执行充电、放电和旁通操作中的任意一个。
[0150]子模块210包括开关器件，该开关器件包括二极管，因此作为二极管的开关操作和整流操作，其能够执行充电、放电和旁通操作中的任意一个。
[0151]每个子控制器230获取关于子模块210的信息，并且将获取的信息插入到地址信息。同时，响应于中央控制器250的请求，每个子控制器230发送插入了获取的信息的地址信息到中央控制器250。
[0152]最终，每个子控制器230具有至少一个传感器。包含在子控制器230中的传感器测量子模块210的电流和电压的至少一个。
[0153]子控制器230能够将子模块210的测量的电流和电压信息的至少一种信息插入到地址信息。同时，测量的信息可以是给子模块210充电的电压信息。
[0154]同样地，子控制器230将从中央控制器250发送的参考信息插入到地址信息。参考信息包括参考DC电压和开关载波信号。
[0155]同样地，子控制器230能够存储子模块210的开关历史信息到地址信息。开关历史信息表示关于子模块210执行的充电操作、放电操作和旁通操作的历史信息。
[0156]换句话说，子控制器230识别关于子模块210的当前开关信息和之前执行的开关信息，并且将识别的开关信息插入到地址信息。
[0157]同样地，给每个子模块210分配地址，因此地址信息可以包括与分配的地址对应的识别信息。
[0158]而且，当子控制器230接收到请求识别自身地址的信号时，响应于接收的请求信号，子控制器230发送地址信息到中央控制器250。
[0159]同时，发送的地址信息不仅包括上述识别的信息，还包括与子模块210有关的不同种类的信息。
[0160]对于地址的识别，中央控制器250甚至识别由子控制器230控制的子模块210的状态?目息O
[0161 ]同样地，中央控制器250基于识别的状态信息控制多个子模块210的开关状态。
[0162]例如，提供多个子模块210，因此，某些子模块可以只执行连续充电操作，其他子模块210可以仅执行放电操作或旁通操作。因此，使用包括在识别的地址信息中的开关历史信息，中央控制器250分别确定当前执行放电操作的子模块\执行充电操作的子模块和执行旁通操作的子模块。
[0163 ]同样地，使用包括在地址信息中的充电电压信息，中央控制器250可以基于当前所需电力确定执行应当充电操作的子模块210的数量。
[0164]换句话说，中央控制器250控制模块化多级转换器200的整体操作。
[0165]中央控制器250测量与其连接的AC部110和170以及DC电力发送部140的电流和电压。
[0166]同样地，中央控制器250计算总控制值。在这种情况下，总控制值为模块化多级转换器200的输出AC电力的电压、电流和频率大小的目标值。
[0167]中央控制器250能够基于与模块化多级转换器200连接的AC部110和170的电压和电流，以及DC电力发送部140的电流和电压的一个或多个，计算总控制值。
[0168]同时，中央控制器250基于通过通信设备(未示出)从监控控制器(未示出)接收的基准有功功率、基准无功功率、参考电流和参考电压的一个或多个控制模块化多级转换器200的操作。
[0169]中央控制器250向/从子控制器230发送/接收数据，因此可以接收上述的地址信息。
[0170]参考图7描述包括在模块化多级转换器200中的多个子模块210的连接。
[0171]参考图7，多个子模块210串联，并且连接到一相的正极或负极的多个子模块210构成一臂。
[0172]总体而言，三相模块化多级转换器200包括6个臂，因为三相A、B和C中的每一相包括正极和负极。
[0173]因此，三相模块化多级转换器200包括:包括用于A相正极的多个子模块210的第一臂221、包括用于A相负极的多个子模块210的第二臂222、包括用于B相正极的多个子模块210的第三臂223、包括用于B相负极的多个子模块210的第四臂224、包括用于C相正极的多个子模块210的第五臂225和包括用于C相负极的多个子模块210的第六臂226。
[0174]并且，用于一相的多个子模块210构成柱(leg)。
[0175]因此，三相模块化多级转换器200可以包括:包括用于A相的多个子模块210的A相柱227A;包括用于B相的多个子模块210的B相柱228B;和包括用于C相的多个子模块210的C相柱229C。
[0176]因此，第一臂221到第六臂226分别包括在A相柱227A、B相柱228B和C相柱229C中。
[0177]更详细地，作为A相正极臂的第一臂221和作为A相负极臂的第二臂222包括在A相柱227A中，作为B相正极臂的第三臂223和作为B相负极臂的第四臂224包括在B相柱228B中。同样地，作为C相正极臂的第五臂225和作为C相负极臂的第六臂226包括在C相柱229C中。
[0178]同样地，多个子模块210根据极性可包括正极臂227和负极臂228。
[0179]更详细地，参考图7，包括在模块化多级转换器200中的多个子模块210基于中性线(η)划分为与正极对应的多个子模块210和与负极对应的多个子模块210。
[0180]因此，模块化多极转换器200包括:正极臂227，其包括对应于正极的多个子模块210;负极臂228，其包括对应于负极的多个子模块210。
[0181]因此，正极臂227包括第一臂221、第三臂223和第五臂225，并且负极臂228包括第二臂222、第四臂224和第六臂226。
[0182]接下来，参考图8描述子模块210的配置。
[0183]图8显示了子模块210的配置的示例视图。
[0184]参考图8，子模块210包括两个开关和两个二极管，以及电容。这种类型的子模块还称为半桥型或半桥逆变器。
[0185]在这种情况下，包括在开关部217中的开关包括电功率半导体，也称为功率半导体。功率半导体为用于电力设备的半导体元件，并且可优化用于电力的转换或控制。并且，功率半导体还称为阀或晶体管阀。
[0186]由于包括在开关部217中的开关包括功率半导体，所以其可以包括绝缘栅双极型晶体管(简写为IGBT)、栅极可关断晶闸管(GTO)、集成栅极换向晶闸管(IGCT)等。
[0187]存储部219包括电容，因此能够充电或放电。同时，子模块表示为基于子模块210的配置和操作的等效模块。
[0188]图9显示了子模块210的等效模块。参考图9，子模块210表示为包括开关和电容的电能充放设备。
[0189]因此，应当注意，子模块210为与输出电压为Vsm的电能充放设备相同的设备。
[0190]接下来，参考图10至13描述子模块210的操作。
[0191]图10至13的子模块210的开关部217包括多个开关Tl和T2，每个开关分别连接二极管Dl和D2。子模块210的存储部219包括电容C。
[0192]参考图10至11描述子模块210的充放电操作。
[0193]图10和11显示了子模块210的电容电压Vsm的形成。
[0? 94] 参考图1O和11，开关部217的开关TI表不接通状态，开关T2表不关断状态。因此，根据每个开关的操作，子模块210形成电容电压。
[0195]更详细地，参考图10，流入子模块210的电流流经开关Tl，传送到电容C，并且形成电容电压(即，Vsm)。并且，形成的电容电压可以给电容C充电。
[0196]并且，子模块210执行对充入的电能进行放电的放电操作。
[0197]更详细地，参考图11，充入子模块210的电容C的所储电能从开关Tl输出。因此子模块210会放出存储的电能。
[0198]下面参照图12和13说明子模块210的旁通操作。
[0199]图12和13显示了子模块210的零电压的形成。
[0200]参考图12和13，开关部217的开关Tl表示关断状态，开关T2表示导通状态。由于电流不流入子模块210的电容C，所以子模块210可以形成零电压。
[0201]更详细地，参考图12，流入子模块210的电流通过开关T2输出，从而子模块210可以形成零电压。
[0202]并且，参考图13，流入子模块210的电流通过二极管D2输出，从而子模块210可以形成零电压。
[0203]如上所述，由于子模块210可以形成零电压，因此其可以执行让电流流过而不流入子模块210的旁通操作。
[0204]图14为显示根据本发明一个实施例的功率值校正装置的原理框图。
[0205]参考图14，在根据本发明实施例的HVDC系统中的功率值校正装置包括多个传感器组310和功率值校正部320。
[0206]每个传感器组310包括用于测量电流的电流传感器和用于测量电压的电压传感器，并且可以安装在HVDC系统的每个测量位置。
[0207]例如，多个传感器组310包括第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组，其中第一传感器组安装在电力接收侧变压器部或电力发送侧变压器部中，第二传感器组安装在电力接收侧转换器部或电力发送侧转换部中，和第三传感器组安装在DC电力发送部中。
[0208]功率值校正部320使用分别通过多个传感器组310测量的电流值和电压值来计算功率值。
[0209]在这种情况下，使用通过每个传感器组310测量的电流和电压以及每个传感器组的线路阻抗来计算功率值。
[0210]线路阻抗意味着将包含在每个传感器组310中的电流传感器和电压传感器连接的线路的阻抗。
[0211]在系统设计时设置线路阻抗，并且功率值校正部320使用在系统设计时设置的线路阻抗来计算功率值。
[0212]同样地，在另一方面，功率值校正部320测量和计算当前的阻抗值，并且使用测量的和计算的线路阻抗来计算功率值。
[0213]使用以下方法计算功率值。
[0214][等式I]
[0215]p_!=v_ixi_ixt
[0216]其中p_l为功率值，V_1为通过传感器组的电压传感器测量的电压值，1_1为通过传感器组的电流传感器测量的电流值，t为电力发送或电力接收的时间。
[0217]S卩，通过等式I，HVDC系统中的电力转换站的功率值计算为与时间有关的电压和电流值的乘积。
[0218]在这种情况下，HVDC系统包括电力发送转换站、电力接收转换站和连接转换站的电力传输线。
[0219]在这种情况下，假如上述传感器组为安装在电力发送转换站的传感器组，那么功率值校正部320计算从电力发送转换站发送到电力接收转换站的功率值。
[0220]同样地，假如传感器组为安转在电力接收转换站的传感器组，那么功率值校正部320计算由电力接收转换站接收的功率值。
[0221]在这种情况下，根据条件，电力发送转换站也可以操作为接收从电力接收转换站发送的电力的电力转换站，并且电力接收转换站也可以操作为传送电力到电力发送转换站的电力转换站。
[0222]并且，线路阻抗根据相应的电力转换站是操作为电力接收转换站还是电力发送转换站而变化。
[0223]相应地，功率值校正部320依靠电力转换站的工作状态(电力发送状态和电力接收状态)来识别预定的线路阻抗，并且使用相应的阻抗计算功率值。
[0224]同时，根据传统技术，C&P(控制和保护系统)已经用于仅基于等式I计算功率值。
[0225]然而，测量电压的电压传感器具有测量误差的范围，并且测量电流的传感器也具有测量误差的范围。相应地，由于分别测量电压和电流的电压传感器和电流传感器的测量误差，所以在计算的功率值中存在差异，并且该差别被认为是系统的电力损耗。
[0226]例如，在电压传感器的误差为±0.5%、电流传感器的误差为±0.5%的情况下，相应的测量电压误差为+0.5%且测量电流误差为-0.5%的情况下，功率值按如下计算。
[0227]P_2 = V_2 X 0.005 X I_2 X (-0.005) X t = _V_2 X I_2 X 0.000025 X t
[0228]在这种情况下，由于HVDC系统中操作的电力具有非常大的值，那么测量的误差也变得很大。
[0229]因此，在本发明的实施例中，还使用除了等式I的其他等式来计算功率值，相应地识别出电流测量误差和电压测量误差之间哪个的误差更大。
[0230]S卩，电流表示为在等式I中电压除以电阻的值，并且电压表示为电流和电阻的乘积。
[0231]在这种情况下，由于电阻意味着线路阻抗，在本发明的实施例中，使用测量的电流值和测量的电压值之一来计算功率值，而不需要同时用两者。
[0232][等式2]
[0233]P_2 = I_lXI_lXZ_lXt
[0234]其中，P_2为功率值，Ij为传感器组的电流传感器测量的电流，Z_1为在相应的工作状态下发生的线路阻抗，和t为电力发送或电力接收的时间。
[0235]S卩，功率值校正部320使用不同于等式I的等式2计算功率值。
[0236]对于根据等式2计算的功率值，不使用通过传感器组的电压传感器测量的电压值，而是仅仅使用通过电流传感器测量的电流值和线路阻抗。
[0237][等式3]
[0238]P_3 = V_lXV_l/Z_lXt
[0239]其中，P_3为电力，Vj为通过传感器组的电压传感器测量的电压值，Z_1为在相应的工作状态下发生的线路阻抗，t为电力发送或电力接收的时间。
[0240]同样地，功率值校正部320使用不同于等式I和2的等式3来计算电力。
[0241]关于根据等式3计算的功率值，不使用通过传感器组的电流传感器测量的电流值，而使用通过电压传感器测量的电压值和线路阻抗。
[0242]假如根据等式I计算的功率值为第一功率值，根据等式2计算的功率值为第二功率值，根据等式3计算的功率值为第三功率值，那么第一到第三功率值彼此互不相同。
[0243]这是因为通过传感器组的电流传感器测量的电流值的测量误差在大小上不同于通过电压传感器测量的电压值的测量误差。
[0244]相应地，在第一到第三功率值中有两个功率值彼此在大小上并不是非常不同，而是除了这两个功率值之外的另一个功率值与这两个功率值非常不同。
[0245]换句话说，在分别存在电流值测量误差和电压值测量误差，并且电流值测量误差大于电压值测量误差的情况下，主要使用具有更大测量误差的电流值计算的第二功率值与第一和第三功率值具有很大不同。
[0246]另一方面，在电压值测量误差大于电流值测量误差的情况下，主要使用具有更大测量误差的电压值计算的第三功率值与第一和第二功率值具有很大不同。
[0247]相应地，假如确定电压值的测量误差大于电流值的测量误差，那么功率值校正部320确定主要使用的不是电压值而是电流值计算功率值的等式2的计算结果作为相应的电力转换站的实际功率值。
[0248]同样地，相反地，假如确定电流值的测量误差大于电压值的测量误差，那么功率值校正部320确定主要使用的不是电流值而是电压值计算的功率值的等式3的计算结果作为相应的电力转换站的实际功率值。
[0249]同样地，功率值校正部320识别用于上述测量值的特定一个的误差水平，从而生成请求更换测量了相应测量值的传感器的信号或请求校正测量值的信号。
[0250]同样地，假如特定测量值的误差水平在参考范围之外，那么功率值校正部320忽略相应的测量值，使用其他测量值计算功率值。
[0251 ] S卩，在本发明的实施例中，由于电压测量误差和电流测量误差不同，所以等式2和3的计算方法可以更好地验证在导致工作电压和电流的改变上的误差的原因方面要优于等式I，基于此，本发明可以持续减少电力损耗(由于测量误差导致的损耗)。
[0252]S卩，假如由于测量误差导致的电力损耗主要来自电流的误差，那么通过基于测量的电压值计算的功率值来校正实际功率值，并且假如由于测量误差导致的电力损耗主要来自电压的误差，那么通过基于测量的电流值计算的功率值来校正实际功率值。
[0253]同样地，在本发明的实施例中，由于上述方法通用于电力发送转换站和电力接收转换站，所以可以校正由于测量误差导致的损耗，从而最小化测量的电力损耗。
[0254]同样地，如上所述，比较在电力发送转换站和电力接收转换站测量的电流值和电压值的测量误差的趋势，从而在电力发送转换站和电力接收转换站中出现误差频率更高的一个的电力能够被校正。
[0255]同样地，由于电流传感器和电压传感器实际存在误差范围，当在误差范围之外的测量值被校正或忽略时，电力损耗可以被计算。
[0256]图15到16为显示根据本发明的一个实施例的测量HVDC系统中的功率值的方法的步骤流程图。
[0257]首先，参考图15，传感器组安装在HVDC系统的各个特定位置，并且测量相应位置的电流值和电压值(步骤110)。
[0258]接着，功率值校正部320通过将测量的电压值和测量的电流值代入等式I来计算第一功率值(步骤120)。
[0259]同样地，功率值校正部320通过将测量的电流值和相应传感器组的电压传感器和电流传感器之间的线路阻抗代入等式2(步骤130)。
[0260]在这种情况下，由于根据工作模式，线路阻抗具有不同值，所以功率值校正部320识别当前工作模式并根据识别的工作模式来识别传感器组的阻抗。
[0261]并且，功率值校正部320基于识别的线路阻抗和测量的电流值计算第二功率值。
[0262]同样地，功率值校正部320通过将测量的电压值和线路阻抗代入等式3来计算第三功率值(步骤140)。
[0263]接着，功率值校正部320将计算的第一到第三功率值相互比较，并且识别出具有测量的电流值和测量的电压值之间的更小测量误差的测量值(步骤150)。
[0264]S卩，第一到第三功率值中的特定之一表现为与另外两个功率值非常不同。这是因为基于具有电流值和电压值之间的更大测量误差的特定测量值来计算功率值。即，第二功率值和第三功率值之一与另外两个功率值非常不同。
[0265]相应地，功率值校正部320确定基于具有第二功率值和第三功率值之间的更小测量误差的测量值计算的功率值作为最终功率值(步骤160)。
[0266]即，在第二功率值与第一和第三功率值存在很大不同的情况下，功率值校正部320识别电流值的测量误差大于测量的电压值的测量误差，从而确定基于具有更小测量误差的电压值计算的第三功率值作为最终功率值。
[0267]另一方面，在第三功率值与第一和第二功率值存在很大不同的情况下，功率值校正部320识别电压值的测量误差大于测量的电流值的测量误差，从而确定基于具有更小测量误差的电流值计算的第二功率值作为最终功率值。
[0268]下文中，更详细地描述了识别测量误差水平的过程步骤。
[0269]参考图16，功率值校正部310将如上计算的第一到第三功率值相互比较，并且识别出与另外两个功率值非常不同的特定功率值(步骤210)。
[0270]并且，功率值校正部320识别用于计算识别出的特定功率值的测量值(步骤220)。[0271 ]作为识别结果，功率值校正部320确定测量值是否为电流值(步骤230)。
[0272]并且，假如测量值为电流，功率值校正部320判定测量的电流值的测量误差大于电压值的测量误差(步骤240)。
[0273]同样地，假如该测量值不是电流值而是电压值，那么功率值校正部320判定测量的电压值的测量误差大于电流值的测量误差(步骤250)。
[0274]根据本发明的实施例，由于基于不同方法计算电力，可以比较电压和电流的测量误差的变化，并且相应地使用具有更小误差的测量值来计算电力损耗，从而可以最小化由于HVDC系统的电压和电流的测量误差引起的电力损耗。
[0275]同样地，根据本发明的实施例，由于电压和电流的测量误差引起的电力转换站的电力损耗能够被校正，所以提高了 HVDC系统的效率，从而提高了电力测量的精确性和操作的可靠性。
[0276]以上实施例和优点仅仅是示例性的，不能考虑为对本公开的限制。本教导很容易应用到其他类型的装置。本说明书是阐述性的，不是为了限制权利要求的范围。许多替代、改进和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。所述的示例性的实施例的特征、结构、方法和其他特征以不同方式结合以获取附加和/或可替代的示例性实施例。
[0277]当以几种形式体现不脱离其特性的当前特征时，还应当知道上述实施例不应当被以上说明书的任意详细描述所限制，除非特别说明，而应当宽泛地在其附带的权利要求的范围内考虑，并且因此落入权利要求的界标和界限或这样的界标和界限的等同的所有改变和改进是由附带权利要求来体现。
【主权项】
1.一种测量高压直流系统中的功率值的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 接收电流值和电压值，其由安装在电力转换站的特定位置的传感器组测量； 识别安装传感器组的位置的线路阻抗； 通过使用所述电流值和电压值，计算所述电力转换站的第一功率值； 通过使用所述电流值和线路阻抗，计算所述电力转换站的第二功率值； 通过使用所述电压值和线路阻抗，计算所述电力转换站的第三功率值;和通过将计算出的第一功率值、第二功率值和第三功率值互相比较，确定第二和第三功率值中的任何一个作为所述电力转换站的实际功率值。2.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器组包括: 测量所述特定位置的电流的电流传感器;和 测量所述特定位置的电压的电压传感器。3.如权利要求1所述的方法，其中所述线路阻抗包括将电流传感器与电压传感器相连的线路的阻抗。4.如权利要求1所述的方法，进一步包括判定所述电力转换站的工作状态是电力发送工作状态还是电力接收工作状态的步骤， 其中识别安装传感器组的位置的线路阻抗包括识别与所识别的工作状态对应的线路阻抗的步骤。5.如权利要求1所述的方法，其中确定实际功率值的步骤包括以下步骤: 将第一功率值、第二功率值和第三功率值相互比较，并且识别出具有在电压值测量误差与电流值测量误差之间的更小测量误差的测量值； 识别出使用第二功率值和第三功率值的识别出的测量值而计算出的功率值;和 将使用识别出的测量值计算的功率值确定为实际功率值。6.如权利要求1所述的方法，进一步包括输出请求更换所测量的测量值具有更大误差的传感器的信号的步骤。
【文档编号】H02J3/36GK105870954SQ201610041738
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】崔用吉, 崔皓硕
【申请人】Ls产电株式会社