一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，分別對正極換流器和負(fù)極換流器進(jìn)行控制；增加中性線電流閉環(huán)控制：以對中性線電流為零為控制目標(biāo)，以中性線電流采樣值為反饋，進(jìn)行PI控制；中性線電流閉環(huán)控制的輸出，用于與正極和/或負(fù)極控制中有功功率相關(guān)控制的指令進(jìn)行疊加。本發(fā)明的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，通過平衡控制閉環(huán)，給定中性線電流指令為零，通過與采樣值做差進(jìn)行PI控制，實現(xiàn)中線電流的閉環(huán)控制。避免了大地回線運行的危害，對于金屬回線型式的系統(tǒng)，采取本發(fā)明的平衡控制能夠降低換流器系統(tǒng)損耗。
【專利說明】一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對稱雙極系統(tǒng)是柔性直流輸電中電壓源換流器一種常用拓?fù)?。具有直流過電壓水 平低、單閥控制節(jié)點少、單極故障損失負(fù)荷減半、可以分期建設(shè)并和傳統(tǒng)直流進(jìn)行極混聯(lián)等 優(yōu)點，因此在工程中具有一定的用武之地。
[0003] 電壓源型對稱雙極換流器的兩極換流器采用單獨控制器進(jìn)行控制，容易受系統(tǒng)擾 動影響，存在兩極換流器輸出電流不均衡的問題。對于大地回線的對稱雙極換流器系統(tǒng)，雙 極非平衡運行將產(chǎn)生對地電流，對地電流將對接地極附近的地下金屬構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕，對接 地極附近的電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響：比如產(chǎn)生直流偏磁導(dǎo)致變壓器飽和，也會在接地極附件產(chǎn) 生跨步電壓，危及人身安全。
[0004] 雙極型換流器系統(tǒng)主要分為金屬回線和大地回線兩類，其中金屬回線雙極系統(tǒng) (如圖2)為中性線單點接地，以避免對地電流。大地回線雙極系統(tǒng)（如圖1)為兩端換流器 中性線分別接地，以構(gòu)成大地回路。
[0005] 對于大地回線型式，系統(tǒng)需要雙極平衡控制及對地電流保護(hù)。若系統(tǒng)兩極輸出電 流不平衡，將導(dǎo)致地電流過大，存在以下危害：對接地極附近的地下金屬構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕；對 接地極附近的電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響（如直流偏磁導(dǎo)致變壓器飽和）；在接地極附件產(chǎn)生跨步 電壓，危及人身安全。
[0006] 對于金屬回線型式，當(dāng)雙極不平衡運行時，直流中性線將流過電流。金屬回線型式 的系統(tǒng)可以運行在非對稱狀態(tài)下時，換流器系統(tǒng)損耗增大。
[0007] 因上述危害，大地回線運行的工程必須進(jìn)行對地電流進(jìn)行限制，采用平衡控制；金 屬回線型進(jìn)行平衡控制也能夠起到積極效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，用以避免輸 出電流不平衡。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0010] 一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，分別對正極換流器和負(fù)極換流器 進(jìn)行控制；增加中性線電流閉環(huán)控制：以對中性線電流為零為控制目標(biāo)，以中性線電流采 樣值為反饋，進(jìn)行PI控制；中性線電流閉環(huán)控制的輸出，用于與正極和/或負(fù)極控制中有功 功率相關(guān)控制的指令進(jìn)行疊加。
[0011] 所述有功功率相關(guān)控制包括有功功率控制、交流電壓控制或者直流母線電壓控 制。
[0012] 定義直流母線流出的電流方向為正，換流器交流側(cè)流出的電流方向為正；中性線 電流閉環(huán)控制輸出正向疊加在負(fù)極有功功率相關(guān)控制的指令上，負(fù)向疊加在負(fù)極有功功率 相關(guān)控制的指令上。
[0013] 本發(fā)明的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，通過平衡控制閉環(huán)，給 定中性線電流指令為零，通過與采樣值做差進(jìn)行PI控制，實現(xiàn)中線電流的閉環(huán)控制。避免 了大地回線運行的危害，對于金屬回線型式的系統(tǒng)，采取本發(fā)明的平衡控制能夠降低換流 器系統(tǒng)損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1(a)、圖1(b)分別是對稱雙極大地回線形式和對稱雙極金屬回線形式的換流 器結(jié)構(gòu)；
[0015] 圖2是對稱雙極換流器定有功功率控制的平衡控制框圖；
[0016] 圖3是對稱雙極換流器非有功功率控制的備用平衡控制框圖；
[0017] 圖4是仿真中網(wǎng)側(cè)A相接地故障時中性線電流仿真波形圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019] 本發(fā)明將以大地回線型式為例闡述平衡控制方法。本發(fā)明的基本思路在于：通過 控制中性傳輸線電流為零，達(dá)到對稱雙極換流器平衡運行的目的。
[0020] 如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)的雙極換流器控制結(jié)構(gòu)包括：正極雙閉環(huán)控制和負(fù)極雙閉 環(huán)控制，正極控制與負(fù)極控制是對稱的：對于正極，正極控制包括由正極無功功率閉環(huán)控 制、正極有功功率閉環(huán)控制構(gòu)成的功率外環(huán)，以及正極q軸電流閉環(huán)控制、正極d軸電流閉 環(huán)控制構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)。無功功率閉環(huán)控制的輸出做為q軸電流閉環(huán)控制的輸入，有功功 率閉環(huán)控制的輸出做為d軸電流閉環(huán)控制的輸入；對于負(fù)極，負(fù)極控制包括由負(fù)極無功功 率閉環(huán)控制、負(fù)極有功功率閉環(huán)控制構(gòu)成的功率外環(huán)，以及負(fù)極q軸電流閉環(huán)控制、負(fù)極d 軸電流閉環(huán)控制構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)。無功功率閉環(huán)控制的輸出做為q軸電流閉環(huán)控制的輸 入，有功功率閉環(huán)控制的輸出做為d軸電流閉環(huán)控制的輸入。電流閉環(huán)控制的輸出通過旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后進(jìn)行調(diào)制、輸出控制。
[0021] 在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明增加了一個中性線電流閉環(huán)控制，如圖2所示平衡 控制環(huán)：以對中性線電流為零為控制目標(biāo)，以中性線電流采樣值為反饋，進(jìn)行PI控制；中性 線電流閉環(huán)控制的輸出，用于與有功功率閉環(huán)控制的輸入指令進(jìn)行疊加。
[0022] 具體疊加方式視情況而定：定義直流母線流出的電流方向為正，換流器交流側(cè)流 出的電流方向為正?？刂圃頌楫?dāng)中性線電流為正時，表明負(fù)極換流器輸出電流偏低，需要 增加其輸出功率，正向疊加在負(fù)極有功功率閉環(huán)指令上，正極換流器輸出電流偏高，需要降 低其輸出功率，負(fù)向疊加在負(fù)極有功功率閉環(huán)指令上，反之亦然。即：中性線電流閉環(huán)控制 輸出正向疊加在負(fù)極有功功率相關(guān)控制的指令上，負(fù)向疊加在負(fù)極有功功率相關(guān)控制的指 令上。
[0023] 以上實施例中的平衡控制方法基于電壓源換流器的有功功率控制器，構(gòu)成平衡控 制閉環(huán)，給定中性線電流指令為零，通過與采樣值做差進(jìn)行PI控制，實現(xiàn)中線電流的閉環(huán) 控制。
[0024] 而對于其他非有功功率控制的換流器，可將平衡控制環(huán)的輸出作為備用疊加在外 環(huán)指令上，當(dāng)轉(zhuǎn)換為有功功率控制模式時觸發(fā)該控制器投入閉環(huán)控制。圖3給出了該情況 的控制結(jié)構(gòu)圖。非有功功率控制指直流母線電壓控制或者交流母線電壓控制等。有功功率 控制、非有功功率控制在本申請中統(tǒng)稱有功功率相關(guān)控制，因為它們的輸出都作為d軸電 流閉環(huán)的輸入。
[0025] 為使平衡控制更加快速、可靠，圖2、圖3控制框圖中將平衡控制環(huán)的輸出作為偏 置同時疊加在正負(fù)極兩個換流器的控制變量指令上。但也可簡化控制，僅將平衡控制環(huán)的 輸出作用于其中一極控制器上。
[0026] 隨著全控型電力電子器件的發(fā)展和電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，基于電壓 源換流器的柔性直流輸電技術(shù)日益受到重視。模塊化多電平換流器（Modular multilevel converter, MMC)是柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用中電壓源換流器的一種，具備制造難度低、損耗 小、波形質(zhì)量高、故障處理能力強(qiáng)等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明以MMC為例進(jìn)行電壓 源換流器的分析、仿真。
[0027] 仿真系統(tǒng)是采用額定直流電壓為400kV，額定有功傳輸功率為2*100MW的模型。兩 極換流器均采用每橋臂250個子模塊，額定交流閥側(cè)電壓為208. 2kV，仿真周期為12. 5us， 控制周期為50us。
[0028] 為了制造明顯的中性線電流不為零的工況，本文采用系統(tǒng)額定功率運行中，在 0. 6s至0. 8s時間段，定功率側(cè)正極換流器網(wǎng)側(cè)A相電壓低落到零的故障工況。
[0029] 由圖4可知，未使能平衡控制的工況下，故障時段中性線電流具有約-60A的直流 偏置。而當(dāng)使能平衡控制的工況下，對地電流控制到了零附近，且無直流偏置。
[0030] 由以上仿真可以證明本發(fā)明的平衡控制方法能夠起到將兩極換流器控制到平衡 狀態(tài)，中性線平均電流控制到零的作用。
[0031] 以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基 本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計出各種變 形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對 實施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，分別對正極換流器和負(fù)極換流器進(jìn) 行控制；其特征在于，增加中性線電流閉環(huán)控制：以對中性線電流為零為控制目標(biāo)，以中性 線電流采樣值為反饋，進(jìn)行PI控制；中性線電流閉環(huán)控制的輸出，用于與正極和/或負(fù)極控 制中有功功率相關(guān)控制的指令進(jìn)行疊加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，其特征在 于，所述有功功率相關(guān)控制包括有功功率控制、交流電壓控制或者直流母線電壓控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電壓源型對稱雙極換流器的平衡控制方法，其特征在 于，定義直流母線流出的電流方向為正，換流器交流側(cè)流出的電流方向為正；中性線電流閉 環(huán)控制輸出正向疊加在負(fù)極有功功率相關(guān)控制的指令上，負(fù)向疊加在負(fù)極有功功率相關(guān)控 制的指令上。
【文檔編號】H02J3/36GK104065287SQ201410243441
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】吳金龍, 張建, 張 浩, 王先為, 劉欣和, 楊美娟, 張軍 申請人:許繼電氣股份有限公司, 西安許繼電力電子技術(shù)有限公司