本发明属于电力系统直流输电技术领域，特别涉及lcc-mmc系统单阀组投入控制方法及直流输电系统。
背景技术：
混合直流输电系统结合了传统直流输电(lcc-hvdc)技术成熟、输电容量高、成本低以及柔性直流输电(vsc-hvdc)控制灵活、有功无功独立解耦、无换相失败等优势，成为现阶段研究热点。其中，模块化多电平换流器mmc是柔性直流输电技术中长采用的一种结构，模块化多电平换流器mmc采用子模块级联技术，具有拓展性能强、谐波水平低、开关损耗小等优点，更适合匹配lcc的高压大容量特征，构成混合直流输电系统。送端采用lcc换流器，受端采用mmc换流器的lcc-mmc型混合直流输电系统主要适用于受端有多条常规直流馈入的系统，通过mmc的引入能有效改善常规直流继发性换相失败等问题，提高系统运行稳定性。
直流系统应用于特高压大容量输电场合时，lcc换流站多采用两个双12脉动阀组串联运行的拓扑结构，mmc受开关器件耐压水平和控制系统设计难度等限制，应用于特高压lcc-mmc型混合直流输电时，也考虑采用两个阀组串联的结构形式。为了增加系统运行灵活性和可靠性，当lcc或mmc单个阀组因检修或故障等原因需要退出时，往往通过将同等位置的lcc阀组和mmc阀组同时退出，使得剩余阀组继续运行，以减小直流系统功率损失。而当阀组检修完毕或故障清除后还需将已退出阀组在线投入，恢复直流系统全压运行状态。为此，在特高压直流工程中，单阀组的在线投入控制成为重要的控制环节之一，且在单阀组投入过程中，要求不对其余阀组的正常运行产生影响。
目前，关于特高压柔性直流和特高压混合直流输电技术的研究尚处于初期阶段，有关柔性直流换流站单阀组在线投入方面的研究鲜有报道。虽然常规特高压直流系统的单阀组在线投入技术已有研究，但因lcc换流器与mmc换流器控制特性上的差异，有必要同时结合mmc控制灵活、谐波特性好等优势，以及lcc低电压运行时谐波大、无功需求高等特点，为lcc-mmc混合直流系统制定更为合理有序的单阀组在线投入方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供lcc-mmc系统单阀组投入控制方法及直流输电系统，用于解决lcc-mmc混合直流输电系统的单阀组在线投入的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种lcc-mmc系统单阀组投入控制方法，包括以下技术方案：
方法方案一，一种lcc-mmc系统单阀组投入控制方法，包括送端换流站、受端换流站，所述送端换流站包括至少两个lcc阀组，所述受端换流站包括至少两个mmc阀组，其中一个lcc阀组与一个mmc阀组构成一组阀组，当需要投入阀组时，控制待投入的mmc阀组投入，在mmc阀组投入完成后，控制与待投入的mmc阀组对应的lcc阀组投入，lcc阀组投入完成后，控制mmc阀组的直流电压指令值上升至额定值。
方法方案二，在方法方案一的基础上，当需要投入的阀组为至少两组阀组时，控制其中一组阀组投入完成后，控制其余的阀组依次投入。
方法方案三，在方法方案二的基础上，mmc阀组的投入过程为：对mmc阀组充电，充电完成后解锁进行定直流电流控制，直流电流指令给定为零，当mmc阀组直流电流指令自零上升至与直流线路电流一样时，将定直流电流控制转换为定直流电压控制，直流电压指令给定为零。
方法方案四，在方法方案二的基础上，lcc阀组的投入过程为：采用触发角将lcc阀组解锁并进行定直流电流控制，直流电流指令给定为零，当lcc阀组直流电流指令自零上升至与直流线路电流一样时，对lcc阀组仍然采用定直流电流控制，直流电流指令给定为直流线路的电流。
方法方案五，在方法方案三的基础上，各mmc阀组分别配置有控制对应阀组投入或切除的第一直流场开关，各mmc阀组的直流侧正端口与对应的直流场开关的正进线端连接，各mmc阀组的直流侧负端口与对应的直流场开关的负进线端连接；所述第一直流场开关包括第一旁路刀闸、第一旁路开关、第一隔离刀闸及第二隔离刀闸，第一旁路刀闸的一端与第一隔离刀闸的一端相连构成第一直流场开关的正出线端，第一旁路刀闸的另一端与第二隔离刀闸的一端相连构成第一直流场开关的负出线端，第一旁路开关的一端与第一隔离刀闸的另一端相连构成第一直流场开关的正进线端，第一旁路开关的另一端与第二隔离刀闸的另一端相连构成第一直流场开关的负进线端；对mmc阀组采用定直流电流控制后，控制mmc阀组处于半投入运行状态，所述半投入运行状态指的是第一旁路刀闸断开，第一旁路开关、第一隔离刀闸及第二隔离刀闸闭合；当mmc阀组直流电流指令上升至直流线路的电流时，控制mmc阀组处于投入状态，所述投入状态指第一旁路刀闸、第一旁路开关断开，第一隔离刀闸和第二隔离刀闸闭合。
方法方案六，在方法方案四的基础上，各lcc阀组分别配置有控制对应阀组投入或切除的第二直流场开关，各lcc阀组的直流侧正端口与对应的直流场开关的正进线端连接，各lcc阀组的直流侧负端口与对应的直流场开关的负进线端连接；所述第二直流场开关包括第二旁路刀闸、第二旁路开关、第三隔离刀闸及第四隔离刀闸，第二旁路刀闸的一端与第三隔离刀闸的一端相连构成第二直流场开关的正出线端，第二旁路刀闸的另一端与第四隔离刀闸的一端相连构成第二直流场开关的负出线端，第二旁路开关的一端与第三隔离刀闸的另一端相连构成第二直流场开关的正进线端，第二旁路开关的另一端与第四隔离刀闸的另一端相连构成第二直流场开关的负进线端；对lcc阀组采用定直流电流控制前，控制lcc阀组处于半投入运行状态，所述半投入运行状态指的是第二旁路刀闸断开，第二旁路开关、第三隔离刀闸及第四隔离刀闸闭合；当lcc阀组直流电流指令上升至直流线路的电流后，控制lcc阀组处于投入状态，所述投入状态指第二旁路刀闸、第二旁路开关断开，第三隔离刀闸和第四隔离刀闸闭合。
本发明还提供了一种直流输电系统，包括以下技术方案：
系统方案一，一种直流输电系统，包括送端换流站、受端换流站及控制器，所述送端换流站包括至少两个lcc阀组，所述受端换流站包括至少两个mmc阀组，其中一个lcc阀组与一个mmc阀组构成一组阀组，当需要投入阀组时，所述控制器用于控制待投入的mmc阀组投入，在mmc阀组投入完成后，控制与待投入的mmc阀组对应的lcc阀组投入，lcc阀组投入完成后，控制mmc阀组的直流电压指令值上升至额定值。
系统方案二，在系统方案一的基础上，当需要投入的阀组为至少两组阀组时，控制其中一组阀组投入完成后，控制其余的阀组依次投入。
系统方案三，在系统方案二的基础上，mmc阀组的投入过程为：对mmc阀组充电，充电完成后解锁进行定直流电流控制，直流电流指令给定为零，当mmc阀组直流电流指令自零上升至与直流线路电流一样时，将定直流电流控制转换为定直流电压控制，直流电压指令给定为零。
系统方案四，在系统方案二的基础上，lcc阀组的投入过程为：采用触发角将lcc阀组解锁并进行定直流电流控制，直流电流指令给定为零，当lcc阀组直流电流指令自零上升至与直流线路电流一样时，对lcc阀组仍然采用定直流电流控制，直流电流指令给定为直流线路的电流。
系统方案五，在系统方案三的基础上，各mmc阀组分别配置有控制对应阀组投入或切除的第一直流场开关，各mmc阀组的直流侧正端口与对应的直流场开关的正进线端连接，各mmc阀组的直流侧负端口与对应的直流场开关的负进线端连接；所述第一直流场开关包括第一旁路刀闸、第一旁路开关、第一隔离刀闸及第二隔离刀闸，第一旁路刀闸的一端与第一隔离刀闸的一端相连构成第一直流场开关的正出线端，第一旁路刀闸的另一端与第二隔离刀闸的一端相连构成第一直流场开关的负出线端，第一旁路开关的一端与第一隔离刀闸的另一端相连构成第一直流场开关的正进线端，第一旁路开关的另一端与第二隔离刀闸的另一端相连构成第一直流场开关的负进线端；对mmc阀组采用定直流电流控制后，控制mmc阀组处于半投入运行状态，所述半投入运行状态指的是第一旁路刀闸断开，第一旁路开关、第一隔离刀闸及第二隔离刀闸闭合；当mmc阀组直流电流指令上升至直流线路的电流时，控制mmc阀组处于投入状态，所述投入状态指第一旁路刀闸、第一旁路开关断开，第一隔离刀闸和第二隔离刀闸闭合。
系统方案六，在系统方案四的基础上，各lcc阀组分别配置有控制对应阀组投入或切除的第二直流场开关，各lcc阀组的直流侧正端口与对应的直流场开关的正进线端连接，各lcc阀组的直流侧负端口与对应的直流场开关的负进线端连接；所述第二直流场开关包括第二旁路刀闸、第二旁路开关、第三隔离刀闸及第四隔离刀闸，第二旁路刀闸的一端与第三隔离刀闸的一端相连构成第二直流场开关的正出线端，第二旁路刀闸的另一端与第四隔离刀闸的一端相连构成第二直流场开关的负出线端，第二旁路开关的一端与第三隔离刀闸的另一端相连构成第二直流场开关的正进线端，第二旁路开关的另一端与第四隔离刀闸的另一端相连构成第二直流场开关的负进线端；对lcc阀组采用定直流电流控制前，控制lcc阀组处于半投入运行状态，所述半投入运行状态指的是第二旁路刀闸断开，第二旁路开关、第三隔离刀闸及第四隔离刀闸闭合；当lcc阀组直流电流指令上升至直流线路的电流后，控制lcc阀组处于投入状态，所述投入状态指第二旁路刀闸、第二旁路开关断开，第三隔离刀闸和第四隔离刀闸闭合。
本发明的有益效果是：
本发明提供的lcc-mmc混合的直流输电系统，考虑了lcc换流器与mmc换流器控制特性上的差异，结合了mmc控制灵活、谐波特性好等优势以及lcc低电压运行时谐波大、无功需求高等特点，通过投入mmc阀组后再投入lcc阀组，最后进行阀组直流电压提升的时序设置，实现了采用高低阀组串联型式的lcc-mmc系统单阀组的有序在线投入，且不影响其余阀组的正常运行，具有很好的应用价值。其中将mmc首先投入到直流系统中，是因为若将lcc先投入，则在mmc启动充电过程中，lcc需要长时间运行在接近零直流电压的状态下，此时其触发角接近90度，交流系统谐波大，对系统的无功支撑要求很高，非常不利于系统运行稳定性。而mmc谐波特性好，没有无功支撑要求，即便长期运行在零直流电压状态下，也不会对交流系统稳定性产生影响。
附图说明
图1为两个阀组串联型式的lcc-mmc单极系统示意图；
图2为本发明的单阀组在线投入控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
一种lcc-mmc混合的直流输电系统，包括送端电网、送端换流站、受端换流站、受端电网及控制器，送端换流站的交流侧与送端电网连接，受端换流站的交流侧与受端电网连接，送端换流站包括至少两个lcc阀组，受端换流站包括至少两个mmc阀组，所述送端换流站包括至少两个lcc阀组，各lcc阀组的直流侧级联连接，各lcc阀组分别配置有控制对应阀组投入或切除的第二直流场开关，各lcc阀组的直流侧正端口与对应的直流场开关的正进线端连接，各lcc阀组的直流侧负端口与对应的直流场开关的负进线端连接；所述受端换流站包括至少两个mmc阀组，各mmc阀组分别配置有控制对应阀组投入或切除的第一直流场开关，各mmc阀组的直流侧正端口与对应的直流场开关的正进线端连接，各mmc阀组的直流侧负端口与对应的直流场开关的负进线端连接；第一个lcc阀组的正出线端通过直流线路与第一个mmc阀组的正出线端连接。其中一个lcc阀组与一个mmc阀组构成一组阀组，当需要投入阀组时，所述控制器用于控制待投入的mmc阀组投入，在mmc阀组投入完成后，控制与待投入的mmc阀组对应的lcc阀组投入，lcc阀组投入完成后，控制mmc阀组的直流电压指令值上升至额定值。
本实施例中，当需要投入的阀组为至少两组阀组时，控制其中一组阀组投入完成后，控制其余的阀组依次投入。
具体来说，以图1所示的一个采用两个阀组串联型式的lcc-mmc单极系统为例。送端为lcc换流站，受端为mmc换流站。各端均由两个阀组串联连接构成高低阀组拓扑型式，其中lcc1、lcc2分别为lcc端高、低压阀组，mmc1、mmc2分别为mmc端高、低压阀组，lcc1阀组的交流侧通过第一变压器与送端电网连接，lcc2阀组的交流侧通过第二变压器与送端电网连接，mmc1阀组的交流侧通过第三变压器与受端电网连接，mmc2阀组的交流侧通过第四变压器与受端电网连接。
每个阀组直流侧均含有一套直流场开关，用于投入或切除该阀组。mmc1阀组的第一直流场开关包括第一旁路刀闸bpi1，第一高速旁路开关bps1和第一隔离刀闸q1、第二隔离刀闸q2。其中，bpi1的一端与q1的一端相连，并作为第一直流场开关的正出线端，bpi1的另一端与q2的一端相连，并作为第一直流场开关的负出线端，bps1的一端与q1的另一端相连，并作为第一直流场开关的正进线端，bps1的另一端与q2的另一端相连，并作为第一直流场开关的负进线端。lcc1阀组的第二直流场开关包括第二旁路刀闸bpi2，第一高速旁路开关bps2和第一隔离刀闸q3、第二隔离刀闸q4。其中，bpi2的一端与q3的一端相连，并作为第二直流场开关的正出线端，bpi2的另一端与q4的一端相连，并作为第二直流场开关的负出线端，bps2的一端与q3的另一端相连，并作为第二直流场开关的正进线端，bps2的另一端与q4的另一端相连，并作为第二直流场开关的负进线端。同理，其他阀组对应的直流场开关与mmc1及lcc1的直流场开关的结构是一样的，在这里不再赘述。
lcc1、lcc2、mmc1和mmc2的直流正、负端口分别与其直流场开关的正、负进线端相连。lcc1直流场开关的负出线端与lcc2直流场开关的正出线端相连，lcc1直流场开关的正出线端与直流线路正极线相连，lcc2直流场开关的负出线端接地。mmc阀组的直流场开关出线端的连接方法与lcc阀组的直流长开关出线端的连接方法类似。
以lcc1和mmc1构成一组阀组，lcc2和mmc2构成另一组阀组时，mmc1阀组检修完毕需要重新投入的工况为例进行说明(也可以是lcc1和mmc2、lcc2和mmc1分别构成一组阀组，投入策略一致)。在mmc1投入前，混合系统将由lcc2、mmc2两个阀组半压运行，lcc1、mmc1的直流场开关均处于退出状态；lcc2、mmc2的直流场开关均处于投入状态。
图2给出了各端待投入阀组在线投入控制方案的流程图。在各端待投入阀组的直流场开关处于退出状态时，首先将mmc待投入阀组投入，之后再将lcc待投入阀组投入，最后再提升阀组直流电压。本实施例中，对mmc1阀组而言，直流场开关处于退出状态是指bpi1闭合，bps1、q1、q2均断开；所述直流场开关处于半投入状态是指bpi1断开，bps1、q1、q2均闭合；所述直流场开关处于投入状态是指bpi1、bps1断开，q1、q2均闭合。其中，由退出状态转为半投入状态时各开关操作顺序为：首先闭合q1、q2，再闭合bps1，之后断开bpi1。
在各端待投入的阀组的直流场开关处于退出运行状态，其余阀组的直流场开关处于投入状态时对各端待投入的阀组控制的过程包括以下步骤，以mmc1阀组和lcc1阀组为例：
a、启动mmc1进行子模块电容充电，充电完成后解锁，进行定直流电流控制，直流电流指令给为零；
b、依次闭合mmc1的q1、q2，再闭合bps1，之后断开bpi1，使mmc1的直流场开关转为半投入状态；
c、mmc1直流电流指令自零逐渐抬升至当前直流线路电流水平，此时mmc1的bps1上流经的电流将逐渐降低直至为零，使bps1具有关断条件；
d、断开mmc1的bps1，使mmc1的直流场开关转为投入状态，mmc1转为定直流电压控制，直流电压指令给为零，以维持直流系统原有的运行电压、电流水平；
e、依次闭合lcc1的q3、q4，再闭合bps2，之后断开bpi2，使lcc1的直流场开关转为半投入状态；
f、以90度触发角解锁lcc1并采用定直流电流控制，直流电流指令自零逐渐提升至当前直流线路电流水平，此时lcc1的bps2上流经的电流将逐渐降低直至为零，使bps2具有关断条件；
g、断开lcc1的bps2，使lcc1的直流场开关转为投入状态，lcc1保持定直流电流控制不变，直流电流指令给为当前直流线路上的电流水平，以维持直流系统原有的运行电压、电流水平；
h、通过以上操作，lcc1和mmc1可以实现无扰的在线投入，但此时二者的运行电压和功率均为零，还需要抬升电压使直流系统恢复全压运行，提高输电容量。为此，最后mmc1阀组应逐渐提升直流电压指令值至额定值。此过程中lcc1端在定直流电流控制器作用下必然会调低lcc1的触发角使其直流电压跟随mmc1的电压抬升，则lcc1和mmc1的功率也将随着电压的升高而逐渐增大。
至此，lcc1和mmc1在线投入完毕，直流电压和功率恢复到正常水平。
之所以将mmc1首先投入到直流系统中，是因为若将lcc1先投入，则在mmc1启动充电过程中，lcc1需要长时间运行在接近零直流电压的状态下，此时其触发角接近90度，交流系统谐波大，对系统的无功支撑要求很高，非常不利于系统运行稳定性。而mmc谐波特性好，没有无功支撑要求，即便长期运行在零直流电压状态下，也不会对交流系统稳定性产生影响。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。