一种特高压混合多端直流输电MMC在线投入方法及装置与流程

本发明属于特高压直流输电技术领域，具体涉及一种特高压混合多端直流输电mmc在线投入方法及装置。

背景技术：

随着现代电力系统的快速发展及电力电子技术的更新换代，基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，mmc)技术的直流输电系统取得了快速进步。mmc具有可独立控制有功无功功率、不存在换相失败、可为无源孤岛系统供电等诸多优点。同时，mmc还具备开关频率较低、开关损耗小、无需交流滤波器组和扩展性强等优点，这使得mmc逐步实现了工程应用，并可以运用于高直流电压、大功率输电的场合。

目前，受开关器件耐压水平和控制系统设计难度等限制，mmc应用于特高压直流输电系统时，多采用两个换流器串联运行的拓扑结构；同时，为了增加系统运行灵活性和可靠性，要求单个换流器可以在线投入及退出并且不影响在运换流器正常运行。为此，在特高压直流工程中，单换流器在线投入控制成为重要的控制环节之一。另外，与常规特高压纯lcc不同，mmc在线投入之前需要对子模块进行充电。因此，特高压混合直流输电换流器直流场开关配置与常规特高压工程也有不同之处。

单换流器在线投入包含换流器直流电压和直流功率的逐步建立，在直流电压和直流功率建立之初，待投入的阀组需要运行于以下特殊工况：零直流电压/低直流电压，以及高直流电流和零交流电流/低交流电流。为了适应零直流电压/低直流电压工况，实际工程中经常使用全桥mmc和半桥mmc混合的换流器拓扑结构。但是，由于半桥和全桥子模块原理的差异，在相等充电时间下，全桥子模块电容电压约是半桥子模块电容电压的2倍。而且，在mmc投入阀组升压过程中定功率柔直站的已运行阀组常常出现电压发散的现象，其根本原因是定电压柔直站待投入阀组升压过程中由于定功率柔直站待投入阀组有功功率指令分配不当造成在运阀组子模块过度充电导致的电压发散。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种特高压混合多端直流输电mmc在线投入方法及装置，用以解决mmc投入阀组升压过程中定功率柔直站的已运行阀组出现电压发散的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种特高压混合多端直流输电mmc在线投入方法，包括如下步骤：

1)在开路模式下，使用交流侧为需在线投入阀组中的换流器进行充电；

2)充电完成后，对需在线投入阀组进行阀组解锁操作，直到待投入阀组对应的旁通开关直流电流全部转移到该阀组；

3)当最后一个定功率柔直站换流器对应的旁通开关分开后，定功率柔直站的功率给定值减去一个修正误差值作为实际定功率柔直站的功率给定值；其中，将定电压柔直站待投入换流器直流电压给定值与定功率柔直站待投入换流器直流电压实际值作差，经过调节器调节控制，得到所述修正误差值；所述换流器直流电压给定值逐步上升至设定电压参考值。

本发明的一种特高压混合多端直流输电mmc在线投入装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中的指令以实现如下方法：

1)在开路模式下，使用交流侧为需在线投入阀组中的换流器进行充电；

2)充电完成后，对需在线投入阀组进行阀组解锁操作，直到待投入阀组对应的旁通开关直流电流全部转移到该阀组；

3)当最后一个定功率柔直站换流器对应的旁通开关分开后，定功率柔直站的功率给定值减去一个修正误差值作为实际定功率柔直站的功率给定值；其中，将定电压柔直站待投入换流器直流电压给定值与定功率柔直站待投入换流器直流电压实际值作差，经过调节器调节控制，得到所述修正误差值；所述换流器直流电压给定值逐步上升至设定电压参考值。

本发明的有益效果：

本发明的特高压混合多端直流输电mmc在线投入方法及装置，在最后一个定功率柔直站换流器对应的旁通开关分开后，使定功率柔直站的功率给定值减去一个修正误差值作为实际定功率柔直站的功率给定值。该修正误差值实际上为一个电压跟随器的输出，使得直流电压上升过程中，定功率柔直站跟随定电压柔直站同步抬升端口电压，实现了定功率柔直站待投入阀组电压的平滑上升，避免了已运行阀组电压发散。

作为方法及装置的进一步改进，步骤3)中，还包括：将得到的修正误差值进行限幅，避免动态控制过程中出现失稳现象。

作为方法及装置的进一步改进，步骤1)中，还包括：在换流器充电完成前，所有待投入阀组对应的控制外环和内环的积分均限制为0，避免了在交流侧自然充电过程中出现子模块电压波动的现象。

作为方法及装置的进一步改进，步骤2)中，所述阀组解锁操作包括：控制需在线投入阀组中的换流器对应的低压侧割刀为合状态、旁通开关为合状态、旁通刀闸为分状态；当旁通开关合状态产生后，控制直流电流参考值逐渐上升为实际直流电流值；当旁通开关的直流电流为0或小于旁通开关的分断电流时，控制旁通开关为分状态。在进行阀组解锁过程中，在旁通开关合状态产生后，控制直流电流参考值逐渐上升为实际直流电流值，实现直流电流的可靠转移，避免系统失稳现象的发生。

作为方法及装置的进一步改进，步骤3)中，当最后一个定功率柔直站换流器对应的旁通开关分开后，定电压柔直站的电压给定值逐步上升为给定直流电压值。定电压柔直站的电压给定值为一个逐步上升的过程，避免系统失稳现象的发生。

附图说明

图1是本发明的方法实施例所采用的特高压混合多端直流输电系统的拓扑结构示意图；

图2是本发明的方法实施例所采用的全桥mmc和半桥mmc混合的换流器拓扑结构示意图；

图3是本发明的方法实施例所采用的mmc换流器直流场开关配置示意图；

图4是本发明的mmc换流器在线投入时序图；

图5是本发明的方法实施例所采用的mmc换流器d/q解耦控制框图；

图6-1是方法实施例中采用本发明方法的受端1和受端2高端阀组投入过程中的直流电压示意图；

图6-2是方法实施例中采用本发明方法的受端1和受端2高端阀组投入过程中的旁通开关bps电流情况示意图(bps电流逐渐减小到0)；

图7是本发明的方法实施例中定功率柔直站待投入阀组电压跟随pi控制器的控制框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

方法实施例

将本实施例的方法应用于如图1所示的特高压混合多端直流输电系统中来，其中，送端采用传统lcc换流器串联结构，受端1和受端2均采用全桥mmc(fbsm)/半桥mmc(hbsm)混合的换流器串联结构，具体全桥mmc和半桥mmc混合的换流器拓扑结构如图2所示。

为了实现本实施例的方法，在mmc高压侧出口新增直流电流测点，在mmc低压侧出口新增直流电压测点，结合其他典型配置的直流电压、电流测点，实现该方法。

在初始状态下，送端的低端阀组(lcc12)处于解锁状态，受端1、受端2的低端阀组(mmc12和mmc22)处于解锁状态，受端1、受端2的高端阀组(mmc11和mmc21)为待在线投入的mmc。换流器中每个子模块均设置有直流场开关，如图3所示。待投入阀组mmc11和mmc21对应的直流场开关均满足以下条件：旁通刀闸bpi处于合状态，高压侧割刀hds处于合状态，旁通开关bps处于分状态，低压侧割刀lds处于分状态。送端的高端阀组(lcc11)投入过程与常规直流输电系统一致，此处不再赘述。

下面结合图4及图5，以待投入阀组mmc11为例来说明。

首先，合上受端1交流侧进线断路器(图1中cb为进线断路器)，待投入阀组mmc11进入不可控自然充电状态。对于不可控充电阶段，子模块电压完全取决于交流侧线电压峰值(其实质就是线电压对子模块电容进行充电)。

在收到送端解锁信号后，对于受端1待投入阀组mmc11，受端1待投入阀组mmc11开始解锁，阀控装置投入软启均压算法，待投入阀组mmc11进入可控充电阶段，见图4中阶段1。在阶段1中，待投入阀组mmc11的子模块未充电完成前，有功类外环与电流内环控制器积分值置为0，见图5中有功功率控制器和正负序内环控制器。

其中，这里的软启均压算法采用现有的成熟的技术，其基本思想为首先对一部分子模块进行充电，当这些子模块充电到额定电压后，再对其他子模块进行充电，直到所有子模块电容电压达到额定电压。

在待投入阀组mmc11的换流器充电完成以后，待投入阀组mmc11的投入信号有效，有功类外环控制器切换为定子模块电压pi控制器输出(见图5中子模块电压控制器，其输入为子模块电压额定值与所有子模块电压实际值的平均值之差)，桥臂电压参考值直流偏置部分切换为直流电流控制器输出(见图5中直流电流控制器，其输入为斜坡变化的直流电流实际值与流过换流器的实际电流值之差)；同时，待投入阀组mmc11的投入信号有效后延时50ms，依次顺控合上换流器低压侧割刀lds、合上旁通开关bps、分开旁通刀闸bpi。在待投入阀组mmc11的旁通开关bps合信号产生后，mmc11处于短路零电压工况。

然后，进入直流电流转移阶段，定直流电流控制器参考值按斜坡给定为实际直流电流，通过改变待投入阀组mmc11端口电压实现直流电流从旁通开关bps转移到待投入阀组mmc11上来，待投入阀组mmc11与其旁通开关bps电流转移波形如图6-1、6-2所示。

当流过旁通开关bps的直流电流为0或小于旁通开关bps分断电流时，发出分旁通开关bps命令。旁通开关bps分状态产生后，待投入阀组mmc11的投入信号消失，此时，受端1外环控制器由定子模块电压输出切换为正常的有功类外环输出(定有功功率或定直流电压)。

定电压柔直站在接收到待投入阀组mmc11的旁通开关bps分开后(若系统中有多个定功率柔直站待投入阀组，则此处为接收到最后一个定功率柔直站待投入阀组旁通开关bps分开)，进入升电压及功率阶段，定电压柔直站待投入阀组按照500毫秒斜坡使直流电压从0升至400千伏，定功率柔直站待投入阀组按照500毫秒斜坡使直流功率升至参考值，并且升功率过程中，其功率给定值加入电压跟随控制器修正误差。如图7所示，定功率柔直站的功率给定值pref0减去一个修正误差值△pref作为实际定功率柔直站的功率给定值pref；其中，将定电压柔直站待投入换流器直流电压给定值udc_ramp与定功率柔直站待投入换流器直流电压实际值udc_act作差，经过pi调节器调节控制，得到修正误差值△pref；其中，定电压柔直站待投入换流器直流电压给定值逐步上升至设定电压参考值。

装置实施例

该实施例提供了一种特高压混合多端直流输电mmc在线投入装置，该装置为计算机等具备数据处理能力的设备，该装置包括处理器和存储器，两者之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。该处理器用于执行存储器中的指令实现本发明的特高压混合多端直流输电mmc在线投入方法。具体该方法的介绍见方法实施例，这里不再赘述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。