专利名称：控制用于支持ac系统的高压dc系统的逆变器装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电力传输系统。更具体地，本发明涉及用于控制连接到AC电力系统的AC电压母线的逆变器装置的方法和控制装置、这样的逆变器装置以及直流电力传输系统。
背景技术：
与连接到弱AC网络的高压直流(HVDC)转换器相关的现象已经被深入地研究。 例如参考"Guide for planning DC links terminating at AC locations having Low Short-Circuit capacities " -Part I :AC/DC interaction phenomena ' , CIGRE working group 14. 07, Report 68,1992 年 6 月禾口" IEEE guide for planning DC links terminating at AC locations having Low Short-Circuit capacities " , IEEE Std 1204-1997。这些现象对HVDC系统的设计有不同的暗示。下面的问题尤为关注 电压/功率不稳定的风险 高的暂时过电压 低频谐振 长的重启时间 换向失败的风险
所有这些因素都影响系统性能，为了减轻它们的影响，可能需要安装额外的元件， 诸如静态或同步补偿器，这增加了所安装的设备的总体成本。通过短路比SCR来给出AC系统的强度的量度。这被定义为AC网络在换向母线处的短路容量与标称DC功率电平之间的比率。如果SCR低于3，则AC系统通常被视为是弱的。当具有线换向(line-commutated)转换器的HVDC转换器连接到弱AC系统时，电压/功率稳定性是基本的关注问题。不稳定情况下的基本机制是所连接的电力系统不能提供转换器维持可接受的系统电压所需的无功功率。线换向逆变器的传统设计采取以恒定的熄灭角(extinction angle) γ来工作。这种设计允许转换器以最小无功功率消耗来工作，并且允许无功功率分流补偿的量减小。替代地，也可以找到其它工作性质，诸如恒定的DC电压或恒定的点火角(firing angle) α。 然而，所有这些工作条件暗示了在所连接的AC系统的强度方面类似的限制条件。为了减轻转换器和所连接的AC系统之间的互作用，已经开发了使用电容器换向转换器(CCC转换器)的转换器。CCC转换器是传统的基于晶闸管的转换器，其设有在转换器阀和转换器变压器之间布置的串联电容器。在这些转换器中使用的串联电容器常常被称为换向电容器。例如，Τ，Jonsson 禾口 P. Ε. Bj0rklllIld在〃 Capacitor Commutated Converters for HVDC“ , IEEE PES PowerTech conference, Stockholm,44-51 页，1995 年 6月中描述了这种类型的转换器。
根据Jonsson和Bj0rkhmd的文章，尤其是当ccc转换器连接到弱AC系统时， CCC转换器与常规HVDC转换器相比具有改善的性能。研究已经表明，有可能可以将这些类型的转换器连接到弱达SCR= 1的AC系统。在此应当注意，具有线换向转换器以及无来自串联电容器的辅助的转换器的常规HVDC系统被限制于SCR ^ 2。然而，当两种类型的转换器即常规和CCC转换器所连接到的AC系统弱时，仍然需要改善它们的工作。
发明内容
本发明的目的是当用于在AC和DC之间转换的转换器连接到弱AC系统时提供对该转换器的改善的控制。根据本发明的第一方面，这个目的是通过一种用于控制连接到AC电力系统的AC 电压母线并且在DC电力和AC电力之间转换的逆变器装置的方法来实现的，所述方法包括以下步骤接收所述AC电压母线处的电压的测量结果，以及基于接收到的所述测量结果来控制所述逆变器装置在所述母线上提供恒定的AC 电压。根据本发明的第二方面，这个目的是通过一种用于控制连接到AC电力系统的AC 电压母线的逆变器装置的控制装置来实现的，所述控制装置被配置成接收所述AC电压母线处的电压的测量结果，并且控制所述逆变器装置在所述母线上提供恒定的AC电压。根据本发明的第三方面，这个目的是通过一种用于连接到AC电力系统的AC电压母线并且被配置成在DC电力和AC电力之间转换的逆变器装置来实现的，所述逆变器装置包括电压转换部分，以及控制单元，其被配置成接收所述AC电压母线处的电压的测量结果，并且控制所述电压转换部分在所述母线上提供恒定的AC电压。此外，根据本发明的第四方面，这个目的是通过一种用于连接到AC电力系统的AC 电压母线的直流电力传输系统来实现的，所述直流电力传输系统包括被配置成在DC电力和AC电力之间转换的逆变器装置以及控制装置，所述控制装置被配置成接收所述AC电压母线处的电压的测量结果，并且控制所述逆变器装置在所述母线上提供恒定的AC电压。本发明具有多个优点。它可以与弱AC系统相组合。通过模仿根据本发明的原理的电压源转换器，有可能向AC系统产生无功功率以及从AC系统吸收无功功率，这增大了组合的AC和DC系统的瞬态机械和电压稳定性。
下面将参考附图描述本发明，在附图中图1示意性地示出了整流器转换器和逆变器转换器的Ud。/Id。特性，
图2示出了描述HVDC传输链路的工作的整流器转换器和逆变器转换器的Ud。/Id。 特性，图3示意性地示出了具有经由三相变压器连接到三相电压源的串联电容器的 HVDC转换器的换向电路，图4示出了传统和CCC转换器的UdcZIdc特性的比较，图5A示出了具有等于2的短路比率的传统HVDC系统的MPC曲线，图5B示出了也具有等于2的短路比率的CCC HVDC系统的MPC曲线，图6示意性地示出了根据本发明的HVDC系统。图7示出了根据本发明的逆变器转换器的控制装置的示意框图，图8示出了根据本发明的多个方法步骤的流程图，图9示出了提供点火角控制的根据本发明的控制装置的变化形式中的一些单元的示意框图，图10示出了提供换向裕度的确定的多个单元的示意框图，图11示出了下垂(droop)控制单元的示意框图，图12示出了电压控制松弛单元的示意框图，图13示意性地示出了偏差工作检测单元，图14示出了传统转换器、CCC转换器和根据本发明的原理控制的CCC转换器的
Ud。/Id。特性的比较，并且图15示出了根据本发明的具有恒定AC电压控制的CCC转换器的和具有恒定换向裕度控制的CCC逆变器转换器的MPC曲线。
具体实施例方式下面，将给出根据本发明的装置、方法和系统的优选实施例的详细说明。然而，首先，将给出与传统控制策略相关的一些背景信息。用于控制DC线上的电力流的传统控制系统可以在两个转换器站的Ud。/Id。特性 (表示流过转换器的直流电流Id。与转换器上的直流电压Udc之间的关系的特性)中被可视化。这在图1中示意性地示出，图1示出了整流器(在第一象限中)和逆变器(在第四象限中，具有阴影线)的特性。基本上，可以通过下面的整流器关系来描述整流器的Ud。/Id。特性
权利要求
1.一种用于控制连接到AC电力系统(14)的AC电压母线(13)并且在DC电力和AC电力之间转换的逆变器装置(18)的方法，所述方法包括以下步骤接收(50)所述AC电压母线处的电压(Uac)的测量结果，以及基于接收到的所述测量结果来控制所述逆变器装置在所述母线上提供恒定的AC电压。
2.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述逆变器装置(18)包括多个转换器阀 (VI，V2，V3，V4，V5，V6)，并且对所述逆变器装置的所述控制包括控制(64)这些转换器阀的点火角(α )，以便向所述AC电压母线产生无功功率或者从所述AC电压母线吸收无功功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述逆变器装置的所述控制包括进一步的步骤确定(52)依赖于AC电压的控制因子(aMX UAC)，其中，基于所述依赖于AC电压的控制因子和换向裕度(Y ’)来进行对所述点火角的所述控制。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括如下步骤确定(56)基于换向裕度的控制因子(αΜχ )，并且组合(58)所述依赖于AC电压的控制因子和基于换向裕度的控制因子，以便控制所述点火角。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述组合的步骤包含在所述基于换向裕度的控制因子和所述依赖于AC电压的控制因子中选择具有最低值的因子。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的方法，进一步包括如下步骤基于下垂增益 (Kdroop)以及最大和最小换向裕度(Λ' MX' Y' θ)来调整所述依赖于AC电压的控制因子。
7.根据权利要求3-6中的任一项所述的方法，进一步包括如下步骤将所述依赖于AC 电压的控制因子(Uackef)与工作条件阈值相比较，并且在超过所述阈值的情况下，经由DC 电力线OO)向连接到所述逆变器的整流器(16)的控制单元02)发送功率减小指令(PRO) 以减小所述DC电力线的DC电流。
8.根据权利要求2-7中的任一项所述的方法，其中，所述依赖于AC电压的控制因子被用于获得在所述点火角的所述控制中使用的可变最大点火角延迟(a mx)。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括如下步骤基于直流控制08)来确定(32) 点火角指令，其中，所述点火角指令的量值由所述可变最大点火角延迟(Qmax)限制。
10.一种用于控制连接到AC电力系统(14)的AC电压母线(13)的逆变器装置(18)的控制装置(M)，所述控制装置被配置成接收所述AC电压母线处的电压(Uac)的测量结果，以及控制所述逆变器装置在所述母线上提供恒定的AC电压。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中，所述逆变器装置包括多个转换器阀(VI， V2,V3, V4，V5，V6)，并且所述控制单元被配置成通过如下方式控制所述逆变器装置控制所述转换器阀的点火角，以便向所述AC电压母线产生无功功率或者从所述AC电压母线吸收无功功率。
12.根据权利要求11所述的控制装置，进一步包括AC电压控制器(36)，所述AC电压控制器(36)被配置成确定依赖于AC电压的控制因子(aMX UAC)，其中，基于所述依赖于AC 电压的控制因子和换向裕度(Y ’)来进行对所述点火角的所述控制。
13.根据权利要求12所述的控制装置，进一步包括a-max控制器04)，所述α -max控制器G4)被配置成确定基于换向裕度的控制因子(αΜΧ )；以及组合单元(42)，所述组合单元G2)被配置成组合所述依赖于AC电压的控制因子和所述基于换向裕度的控制因子，以便控制所述点火角。
14.根据权利要求13所述的控制装置，其中，所述组合单元被配置成在所述基于换向裕度的控制因子和所述依赖于AC电压的控制因子中选择具有最低值的控制因子。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的控制装置，进一步包括下垂控制单元(87)， 所述下垂控制单元(87)被配置成基于下垂增益(Kdrap)以及最大和最小换向裕度(Λ' μχ， Y ‘ ο)来调整所述依赖于AC电压的控制因子。
16.根据权利要求12-15中的任一项所述的控制装置，进一步包括偏差工作检测单元 (109)，所述偏差工作检测单元(109)被配置成将所述依赖于AC电压的控制因子(UAC KEF)与工作条件阈值相比较，并且在超过所述阈值的情况下，经由DC电力线OO)向连接到所述逆变器装置的整流器(16)的控制单元02)发送功率减小指令(PRO)以减小所述DC电力线的DC电流。
17.根据权利要求12-16中的任一项所述的控制装置，进一步包括经由最大限制端子 (max lim)连接到所述组合单元的电流控制器放大器(32)。
18.一种用于连接到AC电力系统(14)的AC电压母线(13)并且被配置成在DC电力和 AC电力之间转换的逆变器装置(18)，所述逆变器装置包括电压转换部分，以及控制单元(M)，所述控制单元04)被配置成接收所述AC电压母线处的电压(Uac)的测量结果，并且控制所述电压转换部分在所述母线上提供恒定的AC电压。
19. 一种用于连接到AC电力系统(14)的AC电压母线(13)的直流电力传输系统(10)， 所述直流电力传输系统(10)包括被配置成在DC电力和AC电力之间转换的逆变器装置 (18)以及控制装置(M)，所述控制装置被配置成接收所述AC电压母线处的电压(Uac)的测量结果，并且控制所述逆变器装置在所述母线上提供恒定的AC电压。
全文摘要
本发明涉及控制逆变器装置的方法、控制装置以及逆变器装置和直流电力传输系统。直流电力传输系统(10)被提供用于连接到AC电力系统(14)的AC电压母线(13)，并且包括控制装置(24)以及在DC电力和AC电力之间转换的逆变器装置(18)。控制装置(24)接收AC电压母线(13)处的电压(VAC)的测量结果，并且控制逆变器装置(18)在该母线上提供恒定的AC电压。
文档编号H02J3/36GK102549872SQ201080026919
公开日2012年7月4日 申请日期2010年6月15日 优先权日2009年6月18日
发明者保罗·菲舍尔德托莱多 申请人:Abb技术有限公司