專利名稱：網狀高壓直流輸電網絡中的電力潮流控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種網狀HVDC輸電網絡，包括通過至少三條傳輸線路互連在第一閉合路徑中的至少三個HVDC換流站(converter station)。本發(fā)明還涉及一種在這種網絡中控制電力潮流(power flow)的方法以及一種DC電力潮流控制設備，該DC電力潮流控制設備被布置成連接到該網絡中的傳輸線路之一。
背景技術：
在現有技術中，通常已知的是HVDC輸電是以點對點互連的方式經由雙端HVDC鏈路實現的。這種雙端HVDC鏈路是包括有兩個電力換流站的HVDC傳輸系統(tǒng)，在輸電線路的每個末端處各有一個電力換流站。輸電線路通常是單極線路或雙極線路，該雙極線路分別包括有位于幾百千伏直至上千千伏的高DC電壓處的第一極以及連接到地或連接到相反極性的高DC電壓用于返回電流的第二極。實際上也存在有少數幾個所謂的多端HVDC輸電系統(tǒng)或網絡，這些輸電系統(tǒng)或網絡包括有不止兩個換流站和不止一條傳輸線路。良好的示例是在加拿大的魁北克和美國的新英格蘭之間的HVDC傳輸網絡，其具有世界上第一大規(guī)模的多端HVDC傳輸網絡。該網絡現今包括以串聯的方式經由兩條輸電線路互連的三個換流站并且覆蓋了 1480千米的線路距離。換流站的線性互連還可以被稱為非網狀網絡，以與包括有閉合路徑的網狀網絡以及包括有閉合路徑以及線性互連的部分網狀網絡形成對比。在未來，預期要建造更多以及一定程度上甚至更大的HVDC傳輸網絡，這些HVDC傳輸網絡可以適用于覆蓋更長的距離和/或更大的面積并且可以用于例如在不同的陸地之間傳送電力。這種大型HVDC傳輸網絡可以是從零開始建造的，但也可以是在現有較小的 HVDC傳輸網絡之間新添加鏈路的結果。例如，由Mata Prasad等人在1999年9月在馬來西亞的吉隆坡舉辦的Cigr6研討會上提交的“Viability of a national HVDC Transmission Ring in hdia”中，建議了可以在所謂的HVDC環(huán)方案中將印度現有的和未來的HVDC傳輸網絡以及背對背式(back-to-back)HVDC鏈路集成起來，這實際上將形成包括有閉合路徑和線性互連的部分網狀HVDC網絡。文章中指出對這種擴大的HVDC傳輸網絡的實施和操作需要結合所需的控制算法的分層公式考慮具體問題，諸如構成網絡的HVDC鏈路之間的協(xié)調，確保網絡的各個區(qū)域的線路中最佳的電力潮流，并且以區(qū)域化的方式穩(wěn)定網格。涉及多端HVDC網絡的其它文檔重點主要集中在網絡的穩(wěn)定性和可用性上，特別是在線路故障的情況下，諸如在由Michael Hausler/l 1999年3月在波蘭的波茲南舉辦的 Central European Power Exhibition and Conference (CEPEX)上提交的“Multiterminal HVDC for High Power Transmission in Europe”中，或者諸如在由 Victor F. Lescale等人在 2008 年 10 月 12 至 15 日在印度新德里舉辦的 IEEE Power India Conference (POffERCON)
"Challenges with Multi-Terminal UHVDC Transmissions” 巾。目前為止，在現有技術中還沒有對網狀HVDC網絡在無故障工作條件下的工作進行過討論。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種可以在寬范圍的負載條件下確保網狀HVDC網絡的工作的方案。該目的是由根據權利要求1所述的一種在網狀HVDC輸電網絡中控制電力潮流的方法、根據權利要求7所述的網絡和根據權利要求9所述的DC電力潮流控制設備所實現的。本發(fā)明基于對下述事實的認識在具有至少一個閉合路徑的網狀HVDC網絡中，可以對電力潮流的至少兩種可能的路線的可用性加以利用，從而緩解那些對非常大的電流或者甚至接近于觸發(fā)過流保護功能和/或設備的電流進行輸送的傳輸線路。根據本發(fā)明，在包括有通過至少三條傳輸線路互連在第一閉合路徑中的至少三個HVDC換流站的網狀HVDC 輸電網絡中的電力潮流是通過如下而被控制的將電力供應到下述第一 DC電力潮流控制設備，該第一 DC電力潮流控制設備是串聯連接到至少三條傳輸線路中的第一傳輸線路中的，其中，電力是從該第一傳輸線路分接出的；對第一 DC電力潮流控制設備進行控制以平衡第一閉合路徑中的DC電流分布。通過平衡電力潮流，即通過使經由并聯連接的電流改道來在網狀HVDC網絡中盡可能均勻地分配電流潮流，使得緩解了重負載線路、最優(yōu)地使用了網絡的輸電容量、降低了損失并且避免了過流保護設備的不必要的干預。此外，并不總是被過流保護設備保護的架空線路可以避免不再引起由于高電流潮流導致的架空線路的長度增加所引起的接地故障。如在世界各地所發(fā)生的幾個情況中，重負載過流傳輸線路會增加線路的長度，這是因為所生成的熱到了如此程度以使得重負載過流傳輸線路顯著地下陷并會與接地物體例如在它們下面生長的植物進行物理接觸。因而發(fā)生的接地故障可以是發(fā)展成更大范圍的停電的起點。如果在對電流潮流進行重新分配時將傳輸線路的熱容量考慮進去，那么這種情況就可以由于本發(fā)明而避免。優(yōu)選地，假設網狀HVDC輸電網絡是由中央控制單元控制的。該網狀HVDC輸電網絡可以是獨立的網絡或者子網絡，子網絡是更大的HVDC輸電網絡的一部分或者是包括有一個或幾個AC輸電網絡的混合式輸電網絡的一部分。據此，無論是獨立的網絡還是自網絡， 中央控制單元都可以獨立地控制網狀HVDC網絡、或者可以對更大的HVDC網絡的或者混合式網絡的一部分進行控制、或者可以對整個更大的HVDC網絡或者整個混合式網絡進行控制。中央控制單元的任務之一是確保作為受控網絡的一部分以及特別是網狀HVDC輸電網絡的一部分的傳輸線路中沒有任何一條承載過流。在網狀HVDC輸電網絡的第一實施例中，建議中央控制適于檢測在至少三條傳輸線路中的一條傳輸線路中的DC電流水平是否超過了 DC電流限制，如果超過了，則中央控制單元向第一 DC電力潮流控制設備發(fā)送出電流控制信號，從而啟動第一 DC電力潮流控制設備，以將附加的DC電壓注入到第一傳輸線路中，使得第一傳輸線路中的DC電流水平合適地增加或降低。電流控制信號優(yōu)選地包括所期望的要被注入的附加的DC電壓的幅度和符號， 但是電流控制信號也可以只是針對第一傳輸線路的DC電流限制連同一些關于同一閉合路徑中的其它的傳輸線路中的DC電流水平的狀態(tài)的信息，將對所期望的要被注入的附加的 DC電壓的幅度和符號進行確定的任務留給第一 DC電力潮流控制設備中的內部控制單元。在本發(fā)明的更具體的實施例中，在第一傳輸線路的DC電流水平超過該第一傳輸線路自身的DC電流限制的情況下，第一 DC電力潮流控制設備被控制以將附加的DC電壓注入到第一傳輸線路中，從而降低第一傳輸線路中的DC電流水平。應該最好將DC電流限制選擇為低于第一傳輸線路的熱容量限制和/或低于會觸發(fā)特定的過電流保護功能和/或設備的限制。附加的DC電壓可以是正或負電壓，這是因為取決于第一 DC電力潮流控制設備與第一傳輸線路的端部的相對位置，正電壓注入或者負電壓注入都會導致使第一傳輸線路的兩個端部之間的電壓差降低，使得線路中的DC電流水平被降低。在對第一實施例的另外的發(fā)展中，僅當至少三條傳輸線路中的形成與第一傳輸線路并聯連接的其它的傳輸線路中的DC電流水平是在各自的DC電流限制以下時才降低第一傳輸線路中的DC電流水平。據此，確保了并聯連接的傳輸線路確實具有接收第一傳輸線路中的電流水平所降低了的電流差的能力。通過將電力從第一傳輸線路而不是從外部電源或者外部電力供應網絡施加到第一 DC電力潮流設備，第一 DC電力潮流設備變得獨立于任何附加的基礎設施并且可以由此可以定位在從網絡設計的觀點來看是最好的地方，甚至是在遠程的以及不可訪問的位置處。在本發(fā)明的第二實施例中，在屬于與第一傳輸線路相并聯的連接的一條其它傳輸線路的DC電流水平超過了該一條其它傳輸線路自身的DC電流限制的情況下，對第一 DC電力潮流控制設備進行控制以將附加的DC電壓注入到第一傳輸線路中，從而使第一傳輸線路中的DC電流水平增加。同樣，取決于第一 DC電力潮流控制設備與第一傳輸線路的端部的相對位置，附加的DC電壓可以是正的或者負的。與第一實施例相反，這時的目的不是降低兩個端部之間的電壓差而是增加電壓差，以使得第一傳輸線路中的DC電流水平增加。與第一實施例一樣，最好的是檢查了第一傳輸線路是否確實具有接收來自并聯連接的一些電流的能力，即僅當第一傳輸線路中的DC電流水平是在該第一傳輸線路自身的DC電流限制以下時才降低一條其它的傳輸線路的DC電流水平。一條其它的傳輸線路的DC電流水平的降低當然意味著串聯連接在同一并聯連接中的所有其它的傳輸線路的DC電流水平也是降低的。在本發(fā)明的另外的實施例中，HVDC網絡包括多于三個HVDC換流站，其中，一對 HVDC換流站互連在第一閉合路徑中而一對HVDC換流站互連在第二閉合路徑中，以及其中， 一個或者一些HVDC換流站可以既是第一閉合路徑的一部分也是第二閉合路徑的一部分。 在這樣的HVDC網絡中，第二 DC電力潮流控制設備可以串聯連接到屬于第二閉合路徑的第二傳輸線路。根據本發(fā)明的另外的實施例，將電力供應到第二 DC電力潮流控制設備，其中， 電力是從所述第二傳輸線路分接出的，而對第二 DC電力潮流控制設備進行控制以使得第二閉合路徑中的DC電流分布保持平衡。據此，通過策略性地將DC電力潮流控制設備放置在各個閉合路徑中，以使得整個網絡中的電流分布可以被平衡并被優(yōu)化，并且由此可以最優(yōu)地使用網絡的輸電能力，即使在非常大并且密集互連的網狀HVDC網絡中對電力潮流進行控制也成為了可能。根據網狀HVDC輸電網絡的具體實施例，網絡的換流站各自包括電壓源換流器 (VSC)。如今處在工作中的多端HVDC方案全部都利用了傳統(tǒng)的具有電網換向換流器(LCC， line commutated converter)的傳統(tǒng)HVDC技術。然而越來越多的基于VSD-技術的雙端 HVDC鏈路被弓丨入到了市場上，如由Agelidis等人在2006年9月23至沈日在中國西安舉辦的 the National Power Electronics Conference of China 上提交的"Recent Advances in High-Voltage Direct-Current Power Transmission Systems，，中所描述的。因為電壓源換流器用獨立于實際電力潮流方向的同一電壓極性來工作，該技術非常適合用于多端 HVDC輸電網絡并由此適用于網狀HVDC輸電網絡，這是因為網絡中的電力潮流沿著兩個方向都可以發(fā)生變化而無需開關動作。


對本領域技術人員而言，根據以下結合附圖的詳細說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點以及另外的實施例將變得更加明顯，在附圖中圖1示出根據本發(fā)明的包括有第一閉合路徑的網狀HVDC輸電網絡；圖2示出包括有第一閉合路徑和第二閉合路徑的網狀HVDC輸電網絡；圖3示出用于單極傳輸線路的DC電力潮流控制設備的第一實施例；圖4詳細地示出圖3的DC電力潮流控制設備的第一換流器；圖5詳細地示出圖3的DC電力潮流控制設備的第二換流器；圖6示出用于雙極傳輸線路的DC電力潮流控制設備的第一實施例；圖7示出對多端HVDC輸電網絡中的電壓降進行補償的方法的步驟；圖8示出用于單極傳輸線路的DC電力潮流控制設備的第二實施例；圖9示出用于單極傳輸線路的DC電力潮流控制設備的第三實施例；圖10示出用于單極傳輸線路的DC電力潮流控制設備的第四實施例。
具體實施例方式圖1示出一個閉合路徑形式的網狀HVDC輸電網絡10，其也稱為第一閉合路徑，該網狀HVDC輸電網絡10分別經由傳輸線路16、18和20將三個HVDC換流站1、2和3互連。 電力潮流直接從換流站2到換流站1和換流站3并從換流站3到換流站1，如由用于電流方向的箭頭所指示的。在換流站1和換流站3之間，DC電力潮流控制設備30串聯連接到傳輸線路20，DC電力潮流控制設備30具有這樣的能力其在第一閉合路徑中調節(jié)電流分布， 使得電流分布保持平衡，從而避免在三條傳輸線路中任意一條中的過流。DC電力潮流控制設備30直接從傳輸線路20接收該DC電力潮流控制設備30自身的電力。中央控制單元4 對HVDC輸電網10的工作進行控制，并因此與換流站1、2和3通信以及與DC電力潮流控制設備30通信，如虛線雙箭頭所指示的。圖7中示意性地描繪了一種控制網狀HVDC輸電網絡的方法。該方法是通過控制單元來執(zhí)行的，該控制單元可以是集成在DC電力潮流控制設備中的控制單元或者可以是監(jiān)測和監(jiān)視HVDC網絡的中央控制單元。在第一步驟M中，確定了 HVDC網絡中的至少一條線路的電流水平，其中該至少一條線路是已知或預期在可能超過可接受的電流水平方面是關鍵的線路。在第二步驟56中，決定所確定的電流水平是否超過DC電流限制。該DC電流限制是這樣的電流限制其指示了線路上的高電流水平，但是是在線路的熱容量限制以下和/或在觸發(fā)過流保護功能和/或設備的電流限制以下。對網絡中的每條傳輸線路來說， 取決于各個線路特性，電流限制值可以不同。如果第一步驟M中所確定的電流水平不超過限制，那么該方法返回到步驟M并且繼續(xù)對電流水平進行監(jiān)測。如果電流水平超過了限制，那么在第三步驟58中檢查網絡中是否存在可以拿走一部分電流的并聯連接，即是否存在到具有過流水平的線路、具有一些剩余的電流容量的并聯連接或并聯電流路徑。這可以例如通過對將并聯連接中的傳輸線路的電流水平與其各自電流限制進行比較來確定。如果沒有找到任何具有剩余電流容量的并聯連接，那么該方法返回到步驟M，否則，將電力供應到與DC電力潮流控制設備串聯連接的至少一個并聯連接，這是在第四步驟60中執(zhí)行的。在第五步驟62中，對至少一個DC電力潮流控制設備進行控制以將附加的DC電壓注入到HVDC 網絡中，其中對附加電壓的幅度和符號進行了選擇，使得在DC電力潮流控制設備所連接到的傳輸線路上的電壓差降低以降低該線路上的電流水平或增加以增加該線路上的電流水平，其中電流水平僅減少了可以由并聯連接所拿走的幅度。在圖1的示例中，全部三條線路16、18和20的電流水平被確定。在示例中，假設最初電流分布很不平衡，這由括號中示出的電流水平所指示?？梢钥闯?，在HVDC網絡10中存在兩個并聯連接，其中電流可以從換流站2流到換流站1。在由傳輸線路18和傳輸線路20 形成的第一連接上，電流水平原先僅是0. 6kA，而在由傳輸線路16形成的第二并聯連接上， 電流水平原先僅是1. 4kA。假設所有三條傳輸線路16、18和20的電流限制均設定為1. IkA0 據此，在步驟56中，識別出了在傳輸線路16上的電流水平太高。因此，在步驟58中檢查并聯連接是否具有一些剩余的電流容量，即傳輸線路18和傳輸線路20上的電流水平是否是在其電流限制以下并且其低于該限制多少。因為在傳輸線路18和20上剩余有足夠的電流容量，如自線路電流限制和線路電流水平之間的0. 5kA的差所實現，因此從傳輸線路20對 DC電力潮流控制設備30供應電力并進行控制將附加的正電壓注入到傳輸線路20中，使得換流站3和換流站1之間的電壓差增加。因此，增加了流過傳輸線路20的以及流過被串聯連接在同一電流路徑中的所有其它傳輸線路即這里的傳輸線路18的電流。附加的DC電壓需是正電壓，這是因為DC電力潮流控制設備30是沿著線路18以及線路20中的電流流向被定向的，并且線路中的電流應該被增加。可以在圖1中根據描繪在電壓源設備30的符號上的四象限圖中的加號和減號看出DC電力潮流控制設備30的定向，該圖指示正電壓從較高的左邊注入到較低的右邊，即沿著與圖1中電流在傳輸線路20上流動的方向相同的方向。該定向指示了表示在正的附加DC電壓的情況下由DC電力潮流控制設備30生成并注入的電壓的極性。在相反的情況下，如果需要降低傳輸線路18和傳輸線路20中的電流，那么需要來降低傳輸線路20上的電流的附加的DC電壓會是負電壓。如圖1所示，傳輸線路16和傳輸線路18上的電流水平增加了 0. 4kA，使得結果IkA流過所有三條傳輸線路， 即HVDC網絡10上的電流分布變得均勻地平衡。在圖2中，示出不同于圖1的另一種可能的HVDC網絡拓撲的示例，從而示出如何在多于一個的閉合路徑中布置多個DC電力潮流控制設備以平衡網絡中的電流分布。該網絡包括兩個閉合路徑7和8，每個閉合路徑分別包括四個換流站9、11、13、15以及19、21、 23、25。兩個閉合路徑7和8經由換流站13和換流站23之間的線性互聯而互聯，換流站13 和換流站23之間有另外的換流器。在第一閉合路徑7中，第一 DC電力潮流控制設備22串聯連接到換流站13和換流站15之間的傳輸線路27，以便平衡第一閉合路徑7中的電流分布。在第二閉合路徑8中，第二 DC電力潮流控制設備M串聯連接到換流站21和換流站23 之間的傳輸線路四，以便平衡第二閉合路徑8中的電流分布。通過以協(xié)同的(coordinated) 方式控制第一 DC電力潮流控制設備22和第二DC電力潮流控制設備24，不僅可以在閉合路徑內部調整電流水平，還可以在線性互聯中，即在將換流站13和換流站23互聯起來的傳輸線路上調整電流水平。兩個DC電力潮流控制設備22和M均直接從它們所連接到的傳輸線路上電力饋電。用以下所描述的各種實施例來解釋可以如何實現這種線饋送DC電力潮流控制設備。在圖3中示意性地示出DC電力潮流控制設備30的第一實施例。DC電力潮流控制設備30串聯連接到傳輸線路20 (參見圖1)，并被描繪為虛線框。更具體地，DC電力潮流控制設備30連接到所謂的電壓注入點沈和電力分接點(power tapping point)觀之間的傳輸線路20。傳輸線路20位于高DC電壓水平處，這里是標稱的300kV，并且其在圖3的示例中是單極傳輸線路。如雙線所指示的，DC電力潮流控制設備30安裝在絕緣平臺35上。該平臺35優(yōu)選地連接到與傳輸線路20的電壓水平相同的電壓水平，即連接到300kV。DC電力潮流控制設備30包括第一換流器32，這里第一換流器32是電網換向換流器(LCC， line commutated converter)，如是例如根據在 Erich UhImann, ‘‘ Power Transmission by Direct Current" , Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1975中所描述的現有技術而已知的。第一換流器32用作為整流器以將AC電壓變換成DC 電壓，而由此能夠將DC電壓注入到電力分接點28和電壓注入點沈之間的傳輸線路20上， 即第一換流器32與線路串聯并且定向為自電力分接點觀到電壓注入點26。第一換流器 32又包括第一變壓器42、第一組43電流閥以及第一電感器Li。在該第一組43中的電流閥各自具有控制端子31，并且被設置成相互串聯且與電壓注入點沈和電力分接點觀之間的傳輸線路20串聯，其中這些閥直接連接到電力分接點觀并且經由串聯連接的第一電感器 Ll間接連接到電壓注入點沈。電流閥具有與線路有關的定向，其允許電流在線路中沿著一個方向行進，同時阻止電流沿著相反的方向行進。此外，第一組43電流閥被劃分成多個部分，其中一個第一部分被連接到第一變壓器42的第一繞組或第一組相繞組，而第二部分被連接到第一變壓器42的第二繞組或第二組相繞組，其中第一變壓器42是三相三繞組變壓器。在這里，每個部分提供要由第一換流器32注入到傳輸線路20中的電壓的一部分。圖4更詳細地示出對第一換流器32的可能的實現方式。LCC換流器的第一變壓器42是三相三繞組變壓器，其具有磁連接到第一組Δ互連相繞組(Delta-interconnected phase winding) W4、W5和W6而且還磁連接到第二組Y互連相繞組W7、W8和W9的第三組相繞組W1、W2和W3。第三組中的每個相繞組W1、W2和W3的第一端經由各自的開關Si、S2和 S3連接到第二變壓器40 (參見圖幻，而這些繞組Wl、W2和W3的第二端共同連接到平臺上的局部地(local ground)。第一換流器32的第一組43電流閥的第一部分包括6個這里為半導體閘流管 (thyristor)形式的電流閥，其中第一電流閥Tl和第二電流閥T2連接在與傳輸線路20串聯的第一支路中，第三電流閥T3和第四電流閥T4連接在與傳輸線路20串聯的第二支路中，且第五電流閥T5和第六電流閥T6連接在與傳輸線路20串聯的第三支路中。由此，第一支路、第二支路和第三支路與傳輸線路20串聯并且相互并聯。第一組相繞組中的單相繞組W4的第一端被連接到第一支路中、第一電流閥Tl和第二電流閥T2之間。同一相繞組W4 的第二端被連接到另一個相繞組W5的第一端，其中該其它相繞組W5的第一端還被連接到第二支路、第三電流閥T3和第四電流閥T4之間。該其它相繞組W5的第二端被連接到第一組繞組中的最后的相繞組W6的第一端。該最后的相繞組W6的第一端還被連接到第三支路中、第五電流閥T5和第六電流閥T6之間，同時該最后的相繞組W6的第二端被連接到第一組相繞組中的首先提到的相繞組W4的第一端，由此提供Δ連接。第一換流器32的第一組43電流閥的第二部分具有相同的類型，并且設置成以與第一部分相同的方式與傳輸線路20串聯，其中第一部分和第二部分被布置成相互串聯在電力分接點觀與第一電感器Ll之間。由此，在第二部分中也有三條并聯支路，每條支路各自具有兩個電流閥Τ7、Τ8，或者Τ9、Τ10，或者Til、Τ12。第二組繞組的每個相繞組W7、W8 和W9的第一端連接在相對應支路的兩個電流閥之間，而第二組繞組的相繞組W7、W8和W9 的第二端相互連接，由此提供Y連接。再次參照圖3，DC電力潮流控制設備30除了包括第一換流器32之外，還包括電流檢測器36，在本實施例中，電流檢測器36連接到電力分接點28，以便確定傳輸線路20中的 DC電流的電流水平。電流檢測器36又連接到控制單元38?？刂茊卧?8是可以通過使用處理器和相關聯的程序存儲器來實現的，控制單元38確定需要注入到傳輸線路20中的所期望的DC電壓，以便使由電流檢測器36確定的電流水平降低或增加，并且計算要被施加到第一組43電流閥的相對應的控制信號?？刂茊卧?8對電流閥的控制端子31發(fā)出相對應的控制信號。這里，要被注入的電壓典型地通過電流閥的相角合適的變化來實現?？刂茊卧?8還連接到第二換流器34，以下解釋該第二換流器34的結構和功能。DC電力潮流控制設備30包括第二換流器34，該第二換流器34分流連接在傳輸線路20的電力分接點28和接地端子33之間，且也由控制單元38控制。由此，第二換流器34 以與圖1中的換流器1和換流器3相同的方式被設置在傳輸線路20和地之間。第二換流器34還連接到第二變壓器40，第二變壓器40自身經由線路37連接到第一變壓器42的第三繞組或第三組相繞組。圖3的實施例中的第二換流器34是電壓源換流器(VSC) 34，其用作為逆變器，即電壓源換流器(VSC) 34將輸入DC電壓轉換為輸出AC電壓。這里，輸入DC電壓是電力分接點 28處的電壓，而輸出AC電壓是變壓器40的輸入電壓，該輸入電壓被變換成為線路37上的期望的AC電壓水平。因此，線路37可以被認為是布置在平臺35上的局部AC網絡，其被用作為第一換流器32的饋送網絡并被用作為平臺上的另外的設備的輔助電源，另外的設備諸如斷路器，其中，這種另外的設備未在圖中示出。在圖5中示出第二換流器34的一種可能的實現方式，其中有兩個串聯連接的、這里為兩個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)形式的電流閥44和46，每個電流閥44和46分別具有與其反并聯(anti-parallel)連接的二極管48和二極管50。電容器52與電流閥44和電流閥46 二者并聯連接，即電容器52連接在第一電流閥44的IGBT的集電極與第二電流閥 46的IGBT的發(fā)射極之間。第二電感器L2連接在傳輸線路20上的電力分接點觀與串聯連接的電流閥之間。電流閥44和電流閥46之間的連接點連接到第三電感器L3，第三電感器L3自身連接到圖2的變壓器40。第一電感器Li、第二電感器L2以及第三電感器L3指示對高頻諧波進行濾波的濾波器的存在。在HVDC輸電網絡10是雙極系統(tǒng)、第一極是傳輸線路20的情況下，DC電力潮流控制設備30包括其用在單極情況下(參見圖幻的基本部件的重復(duplicate)，如圖6所示。重復的基本部件是重復的第一換流器32*、重復的第二換流器34*、重復的第二變壓器 40*以及重復的局部AC網絡線路37*，它們以與原始部件連接到第一極的方式相同的方式相互連接并且連接到第二極20*。
參照先前所描述的圖1至圖5以及圖7來描述如何對本發(fā)明的DC電力潮流控制設備進行操作的示例。根據圖7中的第一方法步驟M和第二方法步驟56，檢測器36可以用于對傳輸線路20的DC電流水平進行連續(xù)地監(jiān)視。所檢測到的DC電流水平經由控制單元38轉送到中央控制單元4，中央控制單元4然后確定是否需要將附加的DC電壓注入到傳輸線路20中，以及如果需要那么電壓應該具有多大的幅度和哪一符號。所檢測到的DC電流水平被發(fā)送至中央控制單元4，而由控制單元38從中央控制單元4經由中央控制單元4 和控制單元38之間的雙向通信線路來接收所謂的電流控制信號，該雙向通信線路在圖3中被指示為塊狀雙箭頭。基于由電流檢測器36檢測到的電流水平以及基于另外的信息諸如針對傳輸線路20所限定的DC電流限制、DC電力潮流控制設備30的方向和實際的DC電流水平，以及與傳輸線路20在同一閉合路徑中的其它傳輸線路的相對應的DC電流限制，中央控制單元4執(zhí)行確定是否需要注入附加的DC電壓以及需要注入哪個附加DC電壓的功能。 如果傳輸線路20或者在同一閉合路徑中的傳輸線路之一(即傳輸線路16和傳輸線路18) 的、所檢測到的DC電流水平超過了其DC電流限制，中央控制單元4決定需要將附加的DC 電壓注入到傳輸線路20中。在該情況下，根據第三步驟58，中央控制單元4還確定在與具有超過其DC電流限制的電流水平的傳輸線路并聯的連接中剩余電流容量是否足夠拿走一些電流。如果不足夠，方法返回到步驟54，即不進行任何動作。在針對閉合路徑中沒有剩余電流容量的情況下的可替換方案中，中央控制單元4 可以決定降低屬于閉合路徑的所有傳輸線路16、18以及20中的電流。在這種情況下，除了步驟60和62之外，中央控制單元4會需要采取另外的措施，諸如給換流站1、2和3發(fā)送出合適的控制信號，要求這些換流站降低總電流。這里沒對這些另外的措施進行描述。在并聯連接中的電流容量足夠的情況下，取決于超過的DC電流水平以及其相對應的DC電流限制之間的差，以及剩余電流容量的幅度和DC電力潮流控制設備30的方向， 所期望的要被注入的附加DC電壓的幅度和符號由中央控制單元4計算，并作為電流控制信號發(fā)送至控制單元38。以這種方式，根據步驟60和步驟62，DC電力潮流控制設備30被啟動以開始經由第二換流器34從傳輸線路20分接電力，并且開始經由第一換流器32將合適的電壓注入到傳輸線路20中。為了將其實現，取決于要被注入的附加的DC電壓的期望的幅度和符號，控制單元 38計算其發(fā)送到第二換流器34的以及發(fā)送到第一換流器32的控制信號，以便分別將它們啟動以提供并且注入附加的DC電壓到傳輸線路20中。然后由電力分接點觀和電壓注入點沈之間的第一換流器32注入附加的DC電壓。更具體地，根據圖7的第四步驟60，經由第二換流器34通過在電力分接點觀處分接來自傳輸線路20的DC電力來執(zhí)行對附加的DC 電壓的提供。然后，所分接的DC電力被通過第二換流器34和第二變壓器40轉換成中間的 AC電力，該中間的AC電力又由第一變壓器42轉換，從而將合適的AC電壓施加到第一換流器32。然后，通過第一換流器32的第一組43電流閥的合適的開關來執(zhí)行將附加的DC電壓注入到傳輸線路20中，使得AC電壓被轉換為DC電壓，并且使得DC電壓的水平和極性被調整為由控制單元38計算出的所期望的附加DC電壓的水平和極性。在可替換的方案中，控制單元38裝配有通信裝置，以與HVDC輸電網絡10中的其它設備進行通信，還可能的是控制單元38自身獨自執(zhí)行全部步驟M至步驟62，或者這些步驟可以以其它方式例如以上所描述的方式在中央控制單元4和控制單元38之間或者甚至是在另外的控制單元之間被分擔。因為是通過分接來自電力線路自身的電力來提供用于調整電流水平所需的電力， 所以不需要外部電源，這意味著可以將本發(fā)明的DC電力潮流控制設備設置在遠程的以及不可訪問的位置處。根據本發(fā)明的串聯連接的DC電力潮流控制設備的設計可以以多種方式變化，現將對一些方式進行描述。圖8示出DC電力潮流控制設備30’的第二實施例，而圖9示出DC電力潮流控制設備30”的第三實施例，這兩個實施例在大多部分具有與圖3的DC電力潮流控制設備30相同的結構，并且這兩個實施例被設計成對傳輸線路20上的反向電流進行處理。如圖所示，這兩個實施例的第一換流器32’和32”分別與圖3的第一換流器32不同，而為了簡單起見， 在圖8和圖9中均未示出電流檢測器36和控制單元38，即使電流檢測器36和控制單元38 出現在DC電力潮流控制設備30’和30” 二者中。在圖8中，第一換流器32’包括第一組43電流閥和附加的第二組43’電流閥，這里，附加的第二組43’電流閥設置在以第一組中的方式相同方式包括有支路的各部分中。該第二組43’電流閥與第一組43反并聯地連接。第二組43’還以與第一組43電流閥相同的方式連接到第一變壓器42，并且接收相同的控制信號。圖9中的第一換流器32”提供了與圖8中的第一換流器32’基本同一類型的功能， 但是僅需要第一組43電流閥。這里，用于處理反向電流的布置包括一組被布置成使流過與傳輸線路20有關的第一組43中的電流閥的電流的方向發(fā)生反向(reverse)的開關S4、S5、 S6以及S7。開關S4和S5被放置成與傳輸線路20串聯，開關S4在電力分接點觀和第一組43電流閥之間，而開關S5在第一電感器Ll和電壓注入點沈之間。開關S6被設置在這樣的支路中該支路從開關S4和第一組43電流閥之間的連接點伸出到電壓注入點26，而開關S7被設置在下述支路中該支路從電力分接點觀處伸出到開關S5和第一電感器Ll 之間的接觸點。當電流在圖9中從左向右行進時，開關S4和S5是閉合的而開關S6和開關S7是斷開的。如果電流沿著相反的方向行進，那么開關S4和開關S5是斷開的而開關S6和開關 S7是閉合的。根據圖9的第三實施例與根據圖3的第一實施例更多的不同在于電容器41與第二變壓器40串聯連接，從而濾除任何DC電壓，使得第二變壓器40經歷(see)純的AC電壓。根據DC電力潮流控制設備的第四實施例，如圖10所示，第二變壓器40可以略去。 在這種情況下，將另外的換流器即DC-DC換流器64用來調整電壓水平。在該示例中，第二電感器L2被放置在第二換流器34’外部，并且在電力分接點觀和DC-DC換流器64之間被分流連接到第二換流器34’。第二換流器34’在所有其它方面都與圖3中的第二換流器34 相同。DC-DC換流器64包括IGBT 66，IGBT 66的集電極連接到第二電感器L2，發(fā)射極連接到地。二極管68反并聯地連接到IGBT 66。電容器70連接于伸展在電力分接點觀與地之間的并聯支路中。另外的電容器72被連接在IGBT 66的發(fā)射極和第二電感器L2之間。最后，另外的二極管74被連接在第二電感器L2和第二換流器34’的接地端子之間，并且被朝向該接地端子定向。DC-DC換流器64將傳輸線路20的DC電壓轉換成適于由第二換流器34’輸出的電壓水平的低電平，因此第二換流器34’在其輸出側不需要第二變壓器40。
DC電力潮流控制設備的另外的改變和實現是可能的。例如，可以使用其它類型的電流閥，諸如MOSFET晶體管、柵極可關斷晶閘管(GTO，Gate Turn-Off Thyristor)以及汞弧閥。此外，設置在換流器中的部分和電流閥的數目可以改變，或者可以將換流器布置成多個子換流器的串聯連接。此外，可以設置并聯連接的旁路開關，只要不需要DC電力潮流控制設備該旁路開關就閉合。還應該認識到可以使用各種保護措施，諸如諧波濾波器、斷路器以及設備斷開開關。除此之外，電流檢測器和控制單元不必是DC電力潮流控制設備的整體部分，而是可以換作為被設置成一個或兩個分離的設備。因此，在這種應用中，本發(fā)明是應用于VSC HVDC換流器的多端子方案中。然而，本發(fā)明同樣可應用于具有傳統(tǒng)LCC HVDC 換流器的多端子方案中。
權利要求
1.一種對網狀HVDC輸電網絡(10)中的電力潮流進行控制的方法，所述網狀HVDC輸電網絡(10)包括通過至少三個傳輸線路(16，18,20)互連在第一閉合路徑中的至少三個HVDC 換流站(1，2，3)，其特征在于，串聯連接到所述至少三個傳輸線路中的第一傳輸線路00) 的第一直流電力潮流控制設備(30)由所述第一傳輸線路00)供電，并且對所述第一直流電力潮流控制設備(30)進行控制，使得所述第一閉合路徑中的直流電流分布得到平衡。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，確定所述至少三個傳輸線路(16，18，20)中的一個傳輸線路中的直流電流水平是否超過該傳輸線路的直流電流限制，如果超過，則啟動所述第一直流電力潮流控制設備(30)，以將附加的直流電壓注入到所述第一傳輸線路00) 中，使得所述第一傳輸線路00)中的直流電流水平適當地增加或降低。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，在所述第一傳輸線路00)的直流電流水平超過其直流電流限制的情況下，對所述第一直流電力潮流控制設備(30)進行控制，以將附加的直流電壓注入到所述第一傳輸線路00)中，以降低所述第一傳輸線路00)中的直流電流水平。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，僅在所述至少三個傳輸線路中形成與所述第一傳輸線路OO)所屬的連接并聯的連接的其它傳輸線路(16)中的直流電流水平在它們的直流電流限制以下的情況下，所述第一傳輸線路OO)中的直流電流水平才被降低。
5.根據權利要求2所述的方法，其中，在屬于與所述第一傳輸線路OO)所屬的所述連接相并聯的連接的一個其它傳輸線路(16)的直流電流水平超過其直流電流限制的情況下，對所述第一直流電力潮流控制設備(30)進行控制，以將附加的直流電壓注入到所述第一傳輸線路OO)中，從而增加所述第一傳輸線路OO)中的直流電流水平。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，僅在所述第一傳輸線路OO)所屬的所述連接的所述傳輸線路(18，20)中的直流電流水平在它們的直流電流限制以下的情況下，所述其它傳輸線路(16)的直流電流水平才被降低。
7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，所述方法應用到包括多于三個HVDC換流站并且包括第二閉合路徑(8)的HVDC網絡，其中，所述方法包括附加的步驟-給第二直流電力潮流控制設備04)供應電力，所述第二直流電力潮流控制設備04) 串聯連接到屬于所述第二閉合路徑(8)的第二傳輸線路(四)，其中所述電力是從所述第二傳輸線路09)分接出的，以及-對所述第二直流電力潮流控制設備04)進行控制，使得所述第二閉合路徑(8)中的直流電流分布得到平衡。
8.一種網狀HVDC輸電網絡(10)，包括通過至少三個傳輸線路(16，18，20)互連在第一閉合路徑中的至少三個HVDC換流站(1，2，3)，其特征在于，第一直流電力潮流控制設備 (30)串聯連接到所述至少三個傳輸線路中的第一傳輸線路(20)，并且所述第一直流電力潮流控制設備(30)從所述第一傳輸線路OO)獲取所述第一直流電力潮流控制設備(30) 自身的電力并且平衡所述第一閉合路徑中的直流電流分布。
9.根據權利要求8所述的網絡，包括中央控制單元G)，所述中央控制單元(4)適于檢測在所述至少三個傳輸線路(16，18，20)中的一個傳輸線路中的直流電流水平是否超過了其電流限制，如果超過，則所述中央控制單元向所述第一直流電力潮流控制設備(30) 發(fā)出電流控制信號，從而啟動所述第一直流電力潮流控制設備(30)，以將附加的直流電壓注入到所述第一傳輸線路00)中，由此分別增加或降低所述第一傳輸線路00)中的直流電流水平，使得所述傳輸線路中的超過所述傳輸線路自身的直流電流限制的直流電流水平被降低。
10.根據權利要求8或9所述的網絡，其中，所述網絡包括多于三個HVDC換流站以及第二閉合路徑(8)，并且其中，第二直流電力潮流控制設備04)串聯連接到屬于所述第二閉合路徑(8)的第二傳輸線路( )，其中，所述第二直流電力潮流控制設備04)從第二傳輸線路09)獲取所述第二直流電力潮流控制設備04)自身的電力并且平衡所述第二閉合路徑(8)中的直流電流分布。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的網絡，其中，所述HVDC換流站各自包括電壓源換流器。
12.一種直流電力潮流控制設備(30)，所述直流電力潮流控制設備(30)被布置為連接到網狀HVDC輸電網絡(10)的至少三個傳輸線路(16，18，20)中的第一傳輸線路(20)，所述網絡包括通過所述至少三個傳輸線路(16，18，20)互連在第一閉合路徑中的至少三個HVDC 換流站(1，2，3)，其特征在于，所述直流電力潮流控制設備(30)被布置成串聯連接到所述第一傳輸線路(20)、由所述第一傳輸線路OO)供應電力并且平衡所述第一閉合路徑中的直流電流分布。
13.一種直流電力潮流控制設備(30)，所述直流電力潮流控制設備(30)在所述至少三個傳輸線路(16，18，20)中的一個傳輸線路中的直流電流水平超過其直流電流限制的情況下將附加的直流電壓注入到所述第一傳輸線路OO)中，由此適當地增加或降低所述第一傳輸線路OO)中的直流電流水平。
14.根據權利要求13所述的直流電力潮流控制設備，其中，所述直流電力潮流控制設備(30)在所述第一傳輸線路OO)中的直流電流水平超過所述第一傳輸線路OO)自身的直流電流限制的情況下將附加的直流電壓注入到所述第一傳輸線路OO)中，從而降低所述第一傳輸線路OO)中的直流電流水平。
15.根據權利要求13所述的直流電力潮流控制設備，其中，在屬于與所述第一傳輸線路OO)所屬的所述連接相并聯的連接的一個其它傳輸線路(16)的直流電流水平超過其直流電流限制的情況下，所述第一直流電力潮流控制設備(30)將附加的直流電壓注入到所述第一傳輸線路OO)中，從而增加所述第一傳輸線路中的直流電流水平。
16.根據權利要求13至15中任一項所述的直流電力潮流控制設備，其中，所述設備包括與所述第一傳輸線路OO)串聯連接的第一換流器(3 以及與所述第一傳輸線路OO) 分流連接的第二換流器(34)。
17.根據權利要求16所述的直流電力潮流控制設備，其中，所述第二換流器(34)用作為逆變器以將來自所述第一傳輸線路OO)的直流電力轉換成為交流電力以供給所述第一換流器(32)，并且其中，所述第一換流器(3 用作為整流器，以提供要被注入到所述一個傳輸線路OO)中的附加的正或負直流電壓。
18.根據權利要求16或17所述的直流電力潮流控制設備，其中，所述第一換流器(32) 被布置成使所述第一換流器(3 自身的換流器電流的方向反向。
全文摘要
一種網狀HVDC輸電網絡(10)，包括通過至少三個傳輸線路(16，18，20)互連在第一閉合路徑中的至少三個HVDC換流站(1，2，3)。第一DC電力潮流控制設備(30)串聯連接到至少三個傳輸線路中的第一傳輸線路(20)中。所述第一DC電力潮流控制設備(30)從第一傳輸線路(20)獲取該第一DC電力潮流控制設備(30)自身的電力并平衡所述第一閉合路徑中的DC電流分布。
文檔編號H02H7/28GK102449870SQ200980158652
公開日2012年5月9日 申請日期2009年4月6日 優(yōu)先權日2009年4月6日
發(fā)明者拉爾斯-埃里克·尤林 申請人:Abb技術有限公司