混合多端直流输电系统及其逆变站和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多端直流输电系统，更具体地说，涉及混合多端直流输电系统及其逆变站和控制方法。
【背景技术】
[0002]图1示出传统的混合多端直流输电系统。如图1所示，混合多端直流输电系统I包括作为整流站的电网换相换流器100 (LCC:Line Commutated Converter)和至少两个分别作为逆变站的电压源换流器110，111 (VSC:Voltage Source Converter) o该混合直流多端输电系统融合了常规直流输电系统(LCC HVDC)和轻型直流输电系统(VSC HVDC)的各自优势，同时摒弃了其两中直流输电系统的缺点。例如，该混合多端直流输电系统相比于轻型直流输电系统具有低成本、低功率损耗的优点，同时相比于常规直流输电系统在高安全要求电网或弱电网(电网电源容量极小，甚至无电源)连接下的逆变器具有明显的性能优势。
[0003]在该混合多端直流输电系统I中，相对于每个电压源换流器逆变站，电网换相换流器整流站在该系统中占据相对大的容量，由其整流得到的直流电能传输给多个电压源换流器逆变站并逆变为交流电能。因此，该电网换相换流器100用于作为直流电压控制端，而电压源换流器110，111作为逆变器分别控制其自身的功率。对于上述混合多端直流输电系统独特的控制策略，其控制系统存在如下技术问题。当电网换相换流器由于一些原因失去其电压控制能力，那么电网换相换流器的功率传输将中断，进而整个系统将不得不停止运行。这将是该系统应用中的一个挑战，因为对于连接高安全要求电网的电压源换流器往往要求不间断的电力供应。
[0004]为了满足上述要求，保证其中一个电压源换流器逆变站的电力供应，该混合多端直流输电系统需要有一个后备直流电压控制端。一种现有的方法是通过集中控制借助快速通信进行整流站和逆变站调配的主从控制方法。这种基于站间通信的控制方法在题为Challenges with Mult1-Terminal UHVDC Transmiss1ns 的论文中进行了讨论，其作者为Lescale, V.F.等，发表于Power System Technology and IEEE Power India Conference,2008年10月12-15日。然而，在传统的基于电网换相换流器的多端直流输电系统，这种基于整流站和逆变站之间快速通信的集中控制方法通常会引起可靠性问题。在快速通信设备故障期间，系统任何一个换流站发生的故障由于不能及时调整控制参数都有可能造成功率传输下降或系统整体故障。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种混合多端直流输电系统，包括:包括LCC的整流站，用于将来自电源的交流电能整流为具有期望直流电压值的直流电能并且将该直流电能馈送至直流传输线；至少两个包括VSC的逆变站，用于分别将来自所述直流传输线的直流电能逆变为交流电能并注入至少两个交流电网，其中每个所述VSC包括用于电气耦合该直流传输线的第一直流端和用于电气耦合地的第二直流端，所述各个VSC的第一直流端彼此电气耦合；电压检测部件，用于检测位于所述逆变站侧的所述直流传输线的直流电压值；和位于所述逆变站侧的VSC控制系统，用于在所检测的直流电压值低于一预定值的情况下，控制所述VSC中的一部分VSC从逆变模式切换至整流模式、控制所述VSC中的其他部分VSC保持逆变模式以及控制工作在整流模式的VSC使其直流电压基本上稳定在所述预定值。
[0006]根据本发明的另一个方面，提供一种混合多端直流输电系统的逆变站，包括:VSC，用于将来自直流传输线的直流电能逆变为交流电能并注入交流电网，其包括用于电气耦合该直流传输线的第一直流端和用于电气耦合地的第二直流端，其第一直流端与其他逆变站的VSC电气耦合；电压检测部件，用于检测位于所述逆变站侧的所述直流传输线的直流电压值；和位于所述逆变站侧的VSC控制系统，用于在所检测的直流电压值低于一预定值的情况下，控制所述该VSC从逆变模式切换至整流模式使其直流电压基本上稳定在所述预定值。
[0007]根据本发明的另一个方面，提供一种混合多端直流输电系统的的分布式控制方法，包括:检测位于所述逆变站侧的所述直流传输线的直流电压值；以及在所检测的直流电压值低于一预定值的情况下，控制多个逆变站的VSC中的一部分从逆变模式切换至整流模式、控制所述多个逆变站的VSC的其他部分保持逆变模式以及控制工作在整流模式的VSC使其直流电压基本上稳定在所述预定值。
[0008]因为对直流传输线的直流电压的跌落的检测和逆变站VSC运行模式的控制都位于逆变站一侧，也就是说整流站的故障信息可以从直流传输线位于逆变站侧的直流电压得到，所以整流站和逆变站各自可以采取相应的动作(分散控制)来解决整流站退出混合多端直流系统后某些换流站不能中断功率供应的问题而无需快速站间通信。这增强了系统的鲁棒性，使得该系统在高电网安全要求的应用中更安全可靠。同时，由于减少了站间通信设备的开销，降低了成本。
[0009]最好，在所述混合多端直流输电系统中，在至少两个逆变站的VSC从逆变模式切换至整流模式的条件下，所述VSC控制系统设定处于整流模式的VSC之间传输有功功率的比例，对其中之一做电压控制使其直流电压基本上稳定在所述预定值并且按照所述设定的有功功率的比例控制其他的VSC的输出功率。
[0010]最好，在所述混合多端直流输电系统的的分布式控制方法中，在至少两个逆变站的VSC从逆变模式切换至整流模式的条件下，设定处于整流模式的VSC之间传输有功功率的比例，对其中之一做电压控制使其直流电压基本上稳定在所述预定值并且按照所述设定的有功功率的比例控制其他的VSC的输出功率。
[0011]当系统失去整流站的LCC并且在无需站间通信的条件下，至少两个逆变站的VSC可以自动反转功率。并且，在这些VSC的直流电压裕度具有较小的差别的条件下，可以抑制不期望出现的电压控制端的摆动。
【附图说明】
[0012]图1示出传统的混合多端直流输电系统；
[0013]图2示出根据本发明的一个实施例的混合多端直流输电系统；
[0014]图3示出根据图2所示的混合多端直流输电系统的分散控制状态图；
[0015]图4示出根据图2所示的混合多端直流输电系统的VSC控制系统204的模块图；
[0016]图5示出图4所示的混合多端直流输电系统的VSC控制系统所控制的整流站的LCC和逆变站的VSC在整流站LCC退出和接入的状态下直流电压和直流电流的波形图；
[0017]图6示出根据本发明的另一个实施例的混合多端直流输电系统；
[0018]图7示出处于整流模式的VSC的直流电压斜率特性；
[0019]图8示出根据图6所示的混合多端直流输电系统的分散控制状态图；和
[0020]图9示出根据图6所示的混合多端直流输电系统的VSC控制系统的模块图。
【具体实施方式】
[0021]图2示出根据本发明的一个实施例的混合多端直流输电系统。如图2所示，混合多端直流输电系统2包括:整流站200，两个逆变站201，202，电压检测部件203和VSC控制系统204。整流站200的变换器由LCC构成。整流站200的LCC将来自电源S的交流电能整流为具有期望直流电压值的直流电能并且将该直流电能馈送至直流传输线205。
[0022]逆变站201，202的变换器由VSC构成。逆变站201，202的VSC将来自直流传输线205的直流电能逆变为交流电能并注入交流电网Gl，G2。每个VSC包括用于电气耦合直流传输线205的第一直流端和用于电气耦合地的第二直流端，并且各个VSC的第一直流端彼此电气耦合。在该混合多端直流输电系统2中，相对于每个电压源换流器逆变站201，202而言，电网换相换流器整流站200在该系统中占据相对大的容量，由其整流得到的直流电能传输给多个电压源换流器逆变站201，202并逆变为交流电能。因此，该电网换相换流器200用于作为直流电压控制端，而电压源换流器201，202作为逆变器分别控制其自身的传输功率。
[0023]电压检测部件203检测位于逆变站201，202侧的直流传输线205的直流电压值。