本发明属于高压直流输电领域，具体涉及一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法及装置。
背景技术：
多端直流(multi-terminaldirectcurrent，mtdc)输电系统是指含有3个及3个以上换流站的直流输电系统。与两端直流输电相比，多端直流输电提供了一种更为经济、灵活的输电方式，能够实现多电源供电、多落点受电，在国内具有较好的发展潜力和应用前景。从控制保护角度考虑，广义的多端直流输电系统也指整流侧或逆变侧含有2个及2个以上换流器并联的直流输电系统。
多端直流输电系统的结构方式基本分为并联和串联。并联结构下每个换流站的功率调节范围大，换流站的扩展比较灵活，整个系统绝缘配合方便，运行经济性高，是目前多端直流输电工程的首选方式。
并联型多端直流系统中，由于同时存在多个整流侧换流站或多个逆变侧换流站，因此通常需要设置多端控制器与各站控制之间进行通信，实现多端直流各站之间的协调控制，平衡各换流站之间功率或电流指令。各换流站与多端控制器之间需要通过站间通信通道进行联结，站间通信的正常与否对整个系统的稳定运行影响较大。
多端直流(mtdc)输电系统中，换流站的类型可包含传统电网换相换流器(lcc)型和电压源换流器(vsc)型。其中，仅包含lcc型换流站的多端直流系统称为多端常规直流系统，同时包含lcc型和vsc型换流站的多端直流系统称为多端混合直流系统，仅包含vsc型换流站的多端直流系统称为多端柔性直流系统。
图1示出了并联型四端常规直流输电系统主回路的典型结构。四端直流输电系统包含两个整流站和两个逆变站，分别为整流站i1、整流站ii2、逆变站i3和逆变站ii4。四个换流站均为lcc型换流站，不同换流站接入不同的交流电网5，不同换流站之间通过直流线路6并联连接。每个换流站均包含对称的两极，两极中性母线15通过接地极引线16与接地极17连接。每极均包含高端换流器13和低端换流器14，为六脉动或十二脉动桥式电路，两者分别通过高端换流变压器11和低端换流变压器12与交流电网5连接。
图2示出了并联型三端混合直流输电系统主回路结构。三端混合直流输电系统包含一个整流站和两个逆变站，其中整流站i1和逆变站i3均为lcc型换流站，逆变站ii7为vsc型换流站。各换流站接入不同的交流电网5，不同换流站之间通过直流线路6形成并联连接。lcc型换流站配置与图1中相同，vsc型换流站每极均由模块化多电平电压源换流器(modularmulti-levelconverter,mmc)71组成，mcc型换流器通过联结变压器72与交流电网5连接。
图3示出了逆变侧采用电网换相换流器31与电压源换流器串联组成的混合直流换流器，其中，电压源换流器所在的串联支路上包含两个并联的模块化多电平电压源换流器71和73。电网换相换流器31、模块化多电平电压源换流器71和模块化多电平电压源换流器73分别通过换流变压器32、联结换流器72和联结换流器74与交流电网5连接。电网换相换流器31、模块化多电平电压源换流器71和模块化多电平电压源换流器73可分布在同一个逆变站，或者电网换相换流器31、模块化多电平电压源换流器71在一个逆变站，模块化多电平电压源换流器73在另一个逆变站，或者电网换相换流器31在一个逆变站、模块化多电平电压源换流器71和模块化多电平电压源换流器73在另一个逆变站，或者三者分布在三个不同逆变站。
多端直流系统正常运行时，通过系统层次的多端控制实现不同站之间功率或电流的平衡控制。图4和图5为并联型四端直流输电系统站间通信的两种典型配置结构图。图4中，整流站i1和逆变站i3中均配置了四端控制器，其中，整流站i1所配置的四端控制为主控制器，逆变站i3所配置的四端控制为备用控制器。四个换流站均通过站间通信通道与两个四端控制进行连接，两个四端控制之间也通过站间通信进行连接。站间通信正常时，整流站1的四端主控制器同时接收两个整流站和两个逆变站的电压、电流、功率等状态值，同时各换流站下达电压、电流等控制指令，实现整个多端直流的平衡、稳定控制。图5中，换流站之间通过站间通信通道实现两两互联，各站之间相互传送电压、电流、功率等状态信息，同时四个换流均设置多端协调控制器，实际运行时仅有一个站的多端协调控制处于有效状态，其他站的多端协调控制处于均处于备用状态。
通常，四端直流中的两个整流侧换流站均运行在电流或功率控制模式，两个逆变侧换流站中容量较大的运行在电压控制模式，容量较小的运行在电流或功率控制模式。当某个换流站因故障闭锁退出运行后，多端控制能够及时检测到该换流站的运行状态，并同时及时调整其他换流站的运行模式及电压、电流控制指令，实现对整个多端直流系统的再平衡控制。以逆变侧电压控制站故障闭锁退出运行为例，四端直流正常运行过程中，当逆变侧电压控制站因故障闭锁退出后，多端控制首先将另外一个逆变站的运行模式由电流控制模式调整为电压控制模式，从而保证直流电压的稳定。同时，根据逆变站输电容量，及时调整整流侧两个换流站的电流指令，保证送、受两端功率的平衡，防止逆变站长期处于过负荷状态。
由于换流站之间相互距离较远，站间通信通道较长，站间通信故障在所难免。当站间通信因通信通道故障，使得逆变侧换流站与整流侧换流站之间失去通信，多端控制将无法实时检测逆变站的运行状态，也就无法向整流站传送正确的控制指令。此时，多端控制器只能退出运行，各换流站之间将处于独立运行状态。期间，如果某个逆变侧换流站因故障闭锁，将会引起其他正常运行的逆变侧换流站出现过负荷运行。目前，为避免逆变侧换流站长期过负荷状态，通常的控制策略是，当检测到换流站与多端控制失去通信时，超过该换流站换流器的过负荷能力即闭锁该换流站，由多端换流器协调控制其他正常运行的换流站的运行状态。当所有逆变侧换流站站间通信均失去时，最终只能将整个多端直流输电系统闭锁。
逆变侧换流站站间通信均失去时，如果因为逆变侧换流站出现过负荷导致整个多端直流输电系统闭锁，会给送受端交流系统带来较大冲击，影响交流电网的稳定运行。
技术实现要素：
本发明的目的，在于提供一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法，当多端直流输电系统整流侧的换流站和逆变侧的换流站通信故障时，通过送受端整流侧和逆变侧换流器的主动调节，避免整个多端直流系统主动闭锁或避免因某一受端换流器闭锁而引起整个多端直流输电系统闭锁；同时提供一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制装置，用于控制多端直流换流器。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法，用于一种多端直流输电系统，当多端直流输电系统整流侧的换流器和逆变侧的换流器通信故障时，逆变侧降低直流电压运行，当逆变侧检测到流过换流器的直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流时，逆变侧提高直流电压运行，同时整流侧采用高压限流功能，限制直流电流，直至直流电流或交流电流降至额定电流或过负荷允许电流。
上述多端直流输电系统逆变侧至少包含两个逆变站，且两个或两个以上逆变站共用同一个直流母线；或者逆变侧至少包括两个并联的换流器；或者逆变侧至少有一个串联支路上至少包含两个并联的换流器。
上述多端直流输电系统整流侧的换流器和逆变侧的换流器通信故障是所有的整流侧的换流器与所有的逆变侧的换流器失去通信，或者部分的逆变侧的换流器与所有的整流侧的换流器失去通信，或者部分的整流侧的换流器与所有的逆变侧的换流器失去通信，或者部分的整流侧的换流器与部分的逆变侧的换流器失去通信。
上述逆变侧降低直流电压，是逆变侧控制直流电压的换流器降低直流电压，对于电网换相换流器，通过改变所述换流器的换流变压器分接头降低阀侧相电压或增大换流器的熄弧角来实现，对于电压源换流器，通过改变所述换流器的联结变压器分接头降低阀侧相电压，或者控制电压源换流器电压，或者减少子模块投入个数，或者减小子模块电压来实现；所述逆变侧提高直流电压，是逆变侧控制直流电压的换流器提高直流电压，对于电网换相换流器，通过改变所述换流器的换流变压器分接头提高阀侧相电压或减小换流器的熄弧角来实现，对于电压源换流器，通过改变所述换流器的联结变压器分接头提高阀侧相电压，或者控制电压源换流器电压，或者增加子模块投入个数，或者增大子模块电压来实现。
上述逆变侧检测到流过换流器的直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流是流过换流器的直流电流大于额定直流电流或过负荷允许直流电流，或者流过换流器的交流电流大于额定交流电流或过负荷允许交流电流，包括由逆变侧的换流器闭锁或者整流站提升直流功率引起直流电流或交流电流过流；所述过负荷允许电流为换流器运行时，考虑到主回路设备过流过压水平，根据阀厅温度、有无冗余冷却、进出水温度允许的最大运行电流，不同的过负荷允许电流水平对应不同的允许运行时间。上述逆变侧检测到流过换流器的直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流的触发采用延时开通环节。
上述整流侧采用高压限流功能，是整流侧在通信故障情况下检测到直流电压高于允许的直流电压时，降低直流电流指令；上述直流电压越高，直流电流指令越小。上述允许的直流电压是整流侧的换流器预先设定，是常数值或者直流电流的线性函数，由逆变侧的换流器电压和线路压降决定。上述高压限流功能在站间通讯故障时被引入。
如果故障闭锁的逆变侧的换流器在闭锁前处于电流控制模式或功率控制模式，则处于电压控制模式的逆变侧的换流器在检测到本站的直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流后，将立即升高系统的直流电压，从而将逆变侧的换流器的过负荷信号通过直流电压传送到整流侧的换流器；整流侧的换流器在检测直流电压上升后，立即进入高压限流控制模式，降低整流侧的换流器的直流电流；如果故障闭锁的逆变侧的换流器在闭锁前处于电压控制模式，则处于电流控制模式或功率控制模式的逆变侧的换流器将立即转化为电压控制模式进行直流升压控制。
另外，本发明还提供一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制装置，用于一种多端直流输电系统，其特征在于，所述装置包括检测单元和控制单元，其中：
检测单元，检测直流电流、直流电压、站间通信信号、换流变压器或联结变压器分接头；
控制单元，当检测到多端直流输电系统整流侧的换流器和逆变侧的换流器通信故障时，控制逆变侧的换流器降低直流电压运行，当逆变侧的换流器检测到流过换流器的直流电流或交流电流大于换流器的额定电流或过负荷允许电流时，逆变侧的换流器提高直流电压运行，同时整流侧的换流器采用高压限流功能，限制直流电流，直至直流电流或交流电流降至额定电流或过负荷允许电流。
上述多端直流输电系统逆变侧至少包含两个逆变站，且两个或两个以上逆变站共用同一个直流母线；或者逆变侧至少包括两个并联的换流器；或者逆变侧至少有一个串联支路上至少包含两个并联的换流器。
上述多端直流输电系统整流侧的换流器和逆变侧的换流器通信故障是所有的整流侧的换流器与所有的逆变侧的换流器失去通信，或者部分的逆变侧的换流器与所有的整流侧的换流器失去通信，或者部分的整流侧的换流器与所有的逆变侧的换流器失去通信，或者部分的整流侧的换流器与部分的逆变侧的换流器失去通信。
上述逆变侧降低直流电压，是逆变侧控制直流电压的换流器降低直流电压，对于电网换相换流器，通过改变所述换流器的换流变压器分接头降低阀侧相电压或增大换流器的熄弧角来实现，对于电压源换流器，通过改变所述换流器的联结变压器分接头降低阀侧相电压，或者控制电压源换流器电压，或者减少子模块投入个数，或者减小子模块电压来实现；所述逆变侧提高直流电压，是逆变侧控制直流电压的换流器提高直流电压，对于电网换相换流器，通过改变所述换流器的换流变压器分接头提高阀侧相电压或减小换流器的熄弧角来实现，对于电压源换流器，通过改变所述换流器的联结变压器分接头提高阀侧相电压，或者控制电压源换流器电压，或者增加子模块投入个数，或者增大子模块电压来实现。
上述逆变侧降低直流电压，是逆变侧主动降低系统的直流电压，直流电压的降低幅度由系统预先设定；其他处于电流控制模式或功率控制模式的换流器，在直流电压降低过程中，均保持直流电流指令值或直流功率指令值不变。
上述逆变侧检测到流过换流器的直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流是流过换流器的直流电流大于额定直流电流或过负荷允许直流电流，或者流过换流器的交流电流大于额定交流电流或过负荷允许交流电流，包括由逆变侧的换流器闭锁或者整流站提升直流功率引起直流电流或交流电流过流；所述过负荷允许电流为换流器运行时，考虑到主回路设备过流过压水平，根据阀厅温度、有无冗余冷却、进出水温度允许的最大运行电流，不同的过负荷允许电流水平对应不同的允许运行时间。
上述整流侧采用高压限流功能，是整流侧在通信故障情况下检测到直流电压高于允许的直流电压时，降低直流电流指令；所述直流电压越高，直流电流指令越小。
如果故障闭锁的逆变侧的换流器在闭锁前处于电流控制模式或功率控制模式，则处于电压控制模式的逆变侧的换流器在检测到本站的直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流后，将立即升高系统的直流电压，从而将逆变侧的换流器的过负荷信号通过直流电压传送到整流侧的换流器；整流侧的换流器在检测直流电压上升后，立即进入高压限流控制模式，降低整流侧的换流器的直流电流；如果故障闭锁的逆变侧的换流器在闭锁前处于电压控制模式，则处于电流控制模式或功率控制模式的逆变侧的换流器将立即转化为电压控制模式进行直流升压控制。
采用上述方案后，本发明与现有技术相比，在多端直流输电系统整流侧的换流站和逆变侧的换流站通信故障时，逆变侧通过降低直流电压运行，一方面有效提高了逆变站对过负荷电流的控制能力，另一方面，当逆变侧有换流站闭锁时，其他运行换流站的换流器检测到直流电流大于额定电流时，通过提高直流电压运行，将换流器的过负荷信号通过直流电压传送到整流侧，使得整流侧采用高压限流功能限制直流电流，从而避免逆变侧因过负荷能力耗尽而闭锁，进而避免整个多端直流输电系统出现停运。
附图说明
图1是整流侧和逆变侧均采用lcc型换流站的并联型四端直流输电系统主回路示意图；
图2是逆变侧同时包含lcc和vsc型换流站的并联型三端直流输电系统主回路示意图；
图3是逆变侧采用lcc与vsc型换流器串联组成的混合直流换流器构成直流输电系统主回路示意图；
图4是并联型四端直流输电系统站间通信方式一的结构示意图
图5是并联型四端直流输电系统站间通信方式二的结构示意图
图6是本发明多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法流程图；
图7是本发明多端直流输电系统站间通讯故障下控制时整流侧换流站的控制特性图；
图8是本发明控制装置的结构示意图；
附图标记：1、lcc型整流站i；11、高端换流变压器；12、低端换流变压器；13、高端换流器；14、低端换流器；15、极中性母线；16、接地引线；17、接地极；2、lcc型整流站ii；3、lcc型逆变站i；31、电网换相换流器；32、换流变压器；4、lcc型逆变站ii；5、交流电网；6、直流线路；7、vsc型逆变站ii；71、模块化多电平电压源换流器；72、联结变压器；73、模块化多电平电压源换流器；74、联结变压器；8、二极管阀；9、多端直流输电系统站间通讯故障下控制装置；91、检测单元；92、控制单元。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步详细的说明。
图6示出了本发明提出的一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法。当站间通信正常时，各换流站之间通过多端控制器实现系统的平衡控制。当逆变侧换流器或换流站与整流侧换流器或换流站之间失去通信时，逆变侧电压控制站将进入降压控制模式，主动降低系统的直流电压，直流电压的降低幅度由系统预先设定，如降低5％的额定直流电压；其他处于电流控制模式或功率控制模式的换流站，在直流电压降低过程中，均保持直流电流指令值或直流功率指令值不变。此时，整个多端输电系统进入降压和降功率，或者降压和恒功率运行模式，其中，如果采用降功率，功率的降低幅度与电压降低幅度相同。多端直流系统直流电压的调节，对于电网换相换流器，通过调节逆变侧电压控制站的熄弧角或换流变压器分接头来实现。实际工程调节过程中，需要考虑逆变站无功补偿的能力以及换流变压器分接头的调节能力。由于熄弧角的调节速度要远快于分接头控制，通常优先采用保持换流变压器分接头档位不变、增大逆变侧熄弧角的方式来进行降压控制；对于电压源换流器，通过改变换流器的联结变压器分接头降低阀侧相电压，或者控制降低电压源换流器电压，或者减少子模块投入个数，或者减小子模块电压来实现。实际工程调节过程中，优选减少子模块投入个数。
在站间通信故障期间，整流侧的换流器引入高压限流功能。如果系统运行功率较大且某个逆变侧的换流器因故障导致闭锁停运，将会引起其他正常运行的逆变站的直流电流id大于额定值idn或过负荷允许电流，或者交流电流iac大于额定值iacn或过负荷电流，从而出现过负荷运行。此时，逆变侧的换流器将进行升压控制，整流侧的换流器进行高压限流控制，减小整流侧的直流电流，从而减小整流侧的直流功率。
对于图1所示的并联型四端常规直流输电系统，在站间通讯故障期间，如果故障闭锁的逆变站在闭锁前处于电流控制模式，则为处于电压控制模式的逆变侧换流站在检测到本站的直流电流大于额定电流后，将立即通过升高分接头档位或减小换流器熄弧角来升高系统的直流电压，从而将逆变侧换流站的过负荷信号通过直流电压传送到整流侧换流站。整流侧换流站在检测直流电压上升后，立即进入高压限流控制模式，降低整流侧换流站的直流电流。最终，整流侧和逆变侧换流站将再次调节到一个稳定的运行点运行。如果故障闭锁的逆变站在闭锁前处于电压控制模式，则为处于电流控制模式的逆变侧换流站将立即转化为电压控制控制模式进行直流升压控制。
对于图2所示的并联型三端混合直流输电系统，在站间通讯故障期间，如果故障闭锁的逆变站在闭锁前处于电流控制模式，则vsc型换流站进行电压控制。如果故障闭锁的逆变侧换流站为vsc型换流站，则处于电流控制模式的逆变侧换流站在检测到本站的直流电流大于额定电流时，将立即转化为电压控制站进行直流升压控制。
对于图3所示的混合直流换流器构成直流输电系统，在站间通讯故障期间，如果故障闭锁的模块化多电平电压源换流器在闭锁前处于电流控制模式，则为处于电压控制模式的模块化多电平电压源换流器在检测到流过换流器的直流电流大于额定直流电流或过负荷允许电流，或者流过换流器的交流电流大于额定交流电流或过负荷允许电流后，将立即调节联结变压器分接头升高阀侧相电压，或者提高电压源换流器电压，或者增加子模块投入个数，或者增大子模块电压来升高系统的直流电压，从而将逆变侧换流站的过负荷信号通过直流电压传送到整流侧换流站。整流侧换流站在检测直流电压上升后，立即进入高压限流控制模式，降低整流侧换流站的直流电流。最终，整流侧和逆变侧换流站将再次调节到一个稳定的运行点运行。如果故障闭锁的模块化多电平电压源换流器在闭锁前处于电压控制模式，则为处于电流控制模式或功率控制模式的模块化多电平电压源换流器将立即转化为电压控制控制模式进行直流升压控制。
图7示出了站间通信故障前后，整流侧换流站的控制特性曲线。图7中，特性曲线1为站间通信故障前的整流侧换流站运行曲线，该曲线主要包含定电流控制曲线cd，低压限流曲线bc及最小电流限制曲线ab；特性曲线2为站间通信故障后的整流侧换流站运行曲线，该曲线主要包含定电流控制曲线gh，低压限流曲线fg、最小电流限制曲线ef、高压限流特性曲线hj以及高压最小电流限制曲线jk。
图7中，站间通信故障前，整流侧换流器运行在工作点1，其电压为额定值udn，其电流值为多端控制器传送的指令值iord；站间通信故障后，整流站换流器的控制特性曲线整体往左平移，整流侧换流器运行在工作点2，其电压值小于额定运行值，为udo，其电流为保持为多端控制器指令值iord。站间通信故障后，在降压运行过程中，逆变侧处于电流控制模式的换流器如果采用保持直流电流指令恒定的方法，能够使得各换流器降低的功率比例保持相同。在降压运行期间，某个逆变侧换流器因故障闭锁退出运行后，整流侧换流器采用相同斜率的高压限流特性曲线hj，可以实现不同整流站之间直流功率的等比例协调。
图8示出了本发明还提供多端直流输电系统站间通讯故障下控制装置9，其原理结构，具体包括：
(1)检测单元91，检测直流电流、直流电压、站间通信信号、换流变压器分接头；
(2)控制单元92，当检测到通信故障时，逆变侧降低直流电压运行，当逆变侧检测到直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流时，逆变侧提高直流电压运行，同时整流侧采用高压限流功能，限制直流电流。
综上，本发明公开一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法及装置，用于实现多端直流系统站间通信故障时的功率协调控制。当多端直流输电系统整流侧换流站和逆变侧换流站通信故障时，逆变侧的换流器降低直流电压运行，当逆变侧检测到流过换流器的直流电流或交流电流大于额定电流或过负荷允许电流时，提高直流电压运行，同时整流侧的换流器采用高压限流控制，限制直流电流，防止逆变侧的换流器长期处于过负荷状态，从而保证多端直流输电系统可靠运行，避免闭锁整个多端直流输电系统。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。