本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法。

背景技術(shù)：

通常，電網(wǎng)因故障停運后，電網(wǎng)所在的電力系統(tǒng)會出現(xiàn)大面積停電的情況，此時通過電網(wǎng)中具有自啟動能力的發(fā)電機組啟動，帶動無自啟動能力的發(fā)電機組，能夠逐漸擴大電網(wǎng)的運行范圍，直至電網(wǎng)所在的整個電力系統(tǒng)恢復(fù)有電，這種啟動模式稱之為黑啟動。

目前，模塊化多電平換流器(modularmultilevelconverter，簡稱為mmc)作為一種新型的電壓源換流器拓撲結(jié)構(gòu)，因具有輸出諧波少、模塊化程度高等特點，可被廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電領(lǐng)域，特別是柔性高壓直流輸電單元中。將mmc所在的柔性高壓直流輸電單元用作電網(wǎng)黑啟動的啟動源時，電網(wǎng)的黑啟動一般通過柔性高壓直流輸電單元中有源側(cè)換流站和無源側(cè)換流站的啟動控制完成，而有源側(cè)換流站和無源側(cè)換流站的啟動控制，利用對應(yīng)換流站中各mmc子模塊的充電控制完成。

然而，在現(xiàn)有以mmc所在的柔性高壓直流輸電單元作為啟動源的黑啟動控制中，無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器通常是在其mmc閥單元的閥側(cè)電壓達到達額定電壓后才會合閘，此時，無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)電壓為零，而無源側(cè)換流站的mmc閥單元的閥側(cè)電壓為額定電壓，無源側(cè)換流站的mmc閥單元的閥側(cè)與其換流變的網(wǎng)側(cè)之間存在較大的電壓差，使得在換流變網(wǎng)側(cè)斷路器合閘的瞬間出現(xiàn)電壓突變和電流突變，而電壓突變?nèi)菀自斐呻妷簺_擊，電流突變?nèi)菀滓疬M區(qū)變壓器勵磁支路飽和，造成較大的勵磁涌流，導(dǎo)致無源側(cè)換流站的mmc閥單元內(nèi)部發(fā)生橋臂過流，造成mmc閥單元跳閘。此外，在網(wǎng)側(cè)斷路器合閘的瞬間出現(xiàn)電壓突變和電流突變，也容易使得與無源側(cè)換流站的網(wǎng)側(cè)電連接的電網(wǎng)，因暫態(tài)電壓過高，而危及其運行安全以及與電網(wǎng)電連接的電力設(shè)備安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法，用于在將mmc所在的柔性高壓直流輸電單元用作電網(wǎng)黑啟動的啟動源時，使得電網(wǎng)電壓從零緩慢升高至其穩(wěn)態(tài)電壓，確保電網(wǎng)運行安全以及與電網(wǎng)電連接的電力設(shè)備安全。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法，包括以下步驟：

步驟10，將處于備用狀態(tài)的柔性高壓直流輸電單元設(shè)定為黑啟動運行模式，閉鎖柔性高壓直流輸電單元；柔性高壓直流輸電單元包括有源側(cè)換流站，以及與有源側(cè)換流站電電連接的無源側(cè)換流站；

步驟20，控制有源側(cè)換流站的有源mmc閥單元和無源側(cè)換流站的無源mmc閥單元分別進入不控充電模式充電；

步驟30，無源mmc閥單元在不控充電模式下充電至可控電壓后，無源mmc閥單元進入可控充電模式充電；

步驟40，當有源mmc閥單元在不控充電模式下充電至解鎖電壓，無源mmc閥單元在可控充電模式下充電至解鎖電壓時，

解鎖有源mmc閥單元和無源mmc閥單元，使得有源mmc閥單元進入定直流電壓控制模式，有源mmc閥單元的直流電壓從解鎖電壓升壓至額定直流電壓，無源mmc閥單元進入定交流電壓控制模式，無源mmc閥單元的閥側(cè)交流電壓從零升壓至額定交流電壓；

且合閘無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器，將無源側(cè)換流站的換流變壓器與目標電網(wǎng)導(dǎo)通，使得目標電網(wǎng)的電壓從零開始升高至穩(wěn)態(tài)電壓，完成目標電網(wǎng)的黑啟動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法，具有以下有益效果：

在本發(fā)明提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法中，當有源mmc閥單元在不控充電模式下充電至解鎖電壓，無源mmc閥單元在可控充電模式下充電至解鎖電壓時，對有源mmc閥單元和無源mmc閥單元進行解鎖，使得有源mmc閥單元進入定直流電壓控制模式，其直流電壓按照預(yù)設(shè)的電壓升率從解鎖電壓升壓至額定直流電壓，而無源mmc閥單元進入定交流電壓控制模式，其閥側(cè)交流電壓按照預(yù)設(shè)的斜率從零逐漸升壓至額定交流電壓；同時，合閘無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器，將無源側(cè)換流站的換流變壓器與目標電網(wǎng)導(dǎo)通，這樣就能夠在無源mmc閥單元的閥側(cè)交流電壓從零逐漸升壓至額定交流電壓的同時，通過無源側(cè)換流站的換流變壓器對目標電網(wǎng)進行供電，使得目標電網(wǎng)的電壓從零逐漸升高至穩(wěn)態(tài)電壓。

由上可知，在合閘無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器的初始，目標電網(wǎng)的電壓為零，也就是無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)電壓為零，此時通過無源側(cè)換流站的換流變壓器與目標電網(wǎng)對應(yīng)連接的無源mmc閥單元的閥側(cè)交流電壓也為零，二者之間不存在壓差或存在很小的壓差，這樣在合閘無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器的瞬間，并不會造成電壓突變和電流突變，能夠避免無源mmc閥單元內(nèi)部發(fā)生橋臂過流而造成無源mmc閥單元跳閘，并且避免目標電網(wǎng)出現(xiàn)暫態(tài)電壓過高的現(xiàn)象，從而確保目標電網(wǎng)運行安全以及與目標電網(wǎng)電連接的電力設(shè)備安全。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例提供的mmc閥單元的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的mmc子模塊的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的柔性高壓直流輸電單元的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的目標電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖5為本發(fā)明實施例提供的目標電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖6為本發(fā)明實施例提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法的流程圖。

附圖標記：

1-有源側(cè)換流站，2-無源側(cè)換流站，

11-有源mmc閥單元，21-無源mmc閥單元，

110-有源mmc子模塊，210-無源mmc子模塊，

211-上橋臂，212-下橋臂，

10-交流電源，12-有源換流變壓器，

22-無源換流變壓器，13-有源限流電阻，

23-無源限流電阻，4-目標電網(wǎng)。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案的目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，在結(jié)合說明書附圖詳述本發(fā)明實施例提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法之前，還需簡單說明一下mmc所在的柔性高壓直流輸電單元的結(jié)構(gòu)。

參閱圖1和圖3，通常，mmc所在的柔性高壓直流輸電單元包括有源側(cè)換流站1，以及通過直流輸電線路3與有源側(cè)換流站1電連接的無源側(cè)換流站2。需要說明的是，有源側(cè)和無源側(cè)的劃分僅是基于“與換流站電連接的交流一側(cè)是否存在有交流電源10供電”而進行的，在實際運行中，對應(yīng)不同的目標電網(wǎng)，同一換流站可能作為有源側(cè)換流站，也可能作為無源側(cè)換流站，因此，有源側(cè)換流站1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和無源側(cè)換流站2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)作相同設(shè)置。

以無源側(cè)換流站2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為例，具體說明如下。參閱圖3，無源側(cè)換流站2包括無源mmc閥單元21以及與無源mmc閥單元21電連接的無源換流變壓器22，無源換流變壓器22靠近交流母線的一側(cè)為無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)，無源mmc閥單元21靠近無源換流變壓器22的一側(cè)為無源mmc閥單元21的閥側(cè)，其中，無源mmc閥單元21的閥側(cè)設(shè)置閥側(cè)斷路器s5，閥側(cè)斷路器s5與無源mmc閥單元21之間串接無源限流電阻23，無源限流電阻23并聯(lián)限流開關(guān)s4；無源側(cè)換流站的換流變網(wǎng)側(cè)設(shè)置換流變網(wǎng)側(cè)斷路器s6；無源mmc閥單元21包括多個無源mmc子模塊210，每個無源mmc子模塊210包括一個充電電容c，充電電容c的一端通過第一電路與充電線路的正極電連接，充電電容c的另一端與充電線路的負極電連接，充電線路的正極通過第二電路與充電線路的負極電連接；其中，第一電路包括絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor，簡稱igbt)t1以及與絕緣柵雙極型晶體管t1反并聯(lián)的二極管d1，第二電路的結(jié)構(gòu)與第一電路的結(jié)構(gòu)相同，第二電路包括絕緣柵雙極型晶體管t2以及與絕緣柵雙極型晶體管t2反并聯(lián)的二極管d2。

有源側(cè)換流站1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與無源側(cè)換流站2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對應(yīng)相同，在此不作詳述。

下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明實施例提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法進行詳細描述。

參閱圖3和圖6，本發(fā)明實施例提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法包括以下步驟：

s10，將處于備用狀態(tài)的柔性高壓直流輸電單元設(shè)定為黑啟動運行模式，閉鎖柔性高壓直流輸電單元；

s20，控制有源側(cè)換流站1的有源mmc閥單元11和無源側(cè)換流站2的無源mmc閥單元21分別進入不控充電模式充電；

具體實施時，通過合閘安裝在直流輸電線路上的隔離刀閘，將無源側(cè)換流站2與有源側(cè)換流站1導(dǎo)通，以使得有源側(cè)換流站1的有源mmc閥單元11和無源側(cè)換流站2的無源mmc閥單元21分別進入不控充電模式充電。此處，參閱圖2，不控充電模式是指對mmc閥單元的充電不進行控制，對應(yīng)在每個mmc子模塊中，其絕緣柵雙極型晶體管t1和t2導(dǎo)通，正電荷從充電線路的正極通過二極管d1移動至充電電容c的一端，負電荷從充電線路的負極移動至充電電容c的另一端，對充電電容c進行自然充電，二極管d2在反向電壓情況下不導(dǎo)通。

s30，無源mmc閥單元21在不控充電模式下充電至可控電壓后，無源mmc閥單元21進入可控充電模式充電；

通常，無源mmc閥單元21在不控充電模式下充電所能夠達到的電壓有限，即無源mmc閥單元21依賴不控充電模式充電無法達到與有源mmc閥單元同樣的電壓，因此，當無源mmc閥單元21充電至可控電壓后，對無源mmc閥單元21中的各無源mmc子模塊210進行控制充電，方能使得無源mmc閥單元21充電至解鎖電壓。

具體實施時，參閱圖2，對應(yīng)在每個無源mmc子模塊210中，對絕緣柵雙極型晶體管t1施加導(dǎo)通信號，對絕緣柵雙極型晶體管t2施加關(guān)斷信號，此時，絕緣柵雙極型晶體管t1承受反向電壓而關(guān)斷，二級管d1承受正向電壓導(dǎo)通，二極管d2承受反向電壓關(guān)斷，充電線路的電流通過二級管d1向充電電容c充電；當充電電容c充電至解鎖電壓時，對絕緣柵雙極型晶體管t1施加關(guān)斷信號，對絕緣柵雙極型晶體管t2施加導(dǎo)通信號，此時，充電線路的電流直接流過絕緣柵雙極型晶體管t2，不再對充電電容c進行充電，實現(xiàn)該無源mmc子模塊旁路。

s40，當有源mmc閥單元11在不控充電模式下充電至解鎖電壓，無源mmc閥單元21在可控充電模式下充電至解鎖電壓時，

解鎖有源mmc閥單元11和無源mmc閥單元21，使得有源mmc閥單元11進入定直流電壓控制模式，有源mmc閥單元11的直流電壓從解鎖電壓升壓至額定直流電壓，無源mmc閥單元21進入定交流電壓控制模式，無源mmc閥單元21的閥側(cè)交流電壓從零升壓至額定交流電壓；

當有源mmc閥單元11進入定直流電壓控制模式后，有源mmc閥單元11的直流電壓能夠在定直流電壓控制模式的控制作用下，按照預(yù)設(shè)的電壓升率從解鎖電壓平穩(wěn)上升至額定直流電壓；當無源mmc閥單元21進入定交流電壓控制模式后，在定交流電壓控制模式的控制作用下，無源mmc閥單元21的閥側(cè)交流電壓按照預(yù)設(shè)的斜率能夠從解鎖電壓平穩(wěn)上升至額定交流電壓；

在解鎖有源mmc閥單元11和無源mmc閥單元21的同時，合閘無源側(cè)換流站2的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器s6，將無源側(cè)換流站2的換流變壓器22與目標電網(wǎng)4導(dǎo)通，使得目標電網(wǎng)4的電壓從零開始升高至穩(wěn)態(tài)電壓，完成目標電網(wǎng)4的黑啟動。

由上可知，在本發(fā)明實施例提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法中，當有源mmc閥單元11在不控充電模式下充電至解鎖電壓，而無源mmc閥單元21在可控充電模式下充電至解鎖電壓時，對有源mmc閥單元11和無源mmc閥單元21進行解鎖，使得有源mmc閥單元11進入定直流電壓控制模式，其直流電壓按照預(yù)設(shè)的電壓升率從解鎖電壓升壓至額定直流電壓，而無源mmc閥單元21進入定交流電壓控制模式，其閥側(cè)交流電壓按照預(yù)設(shè)的斜率從零逐漸升壓至額定交流電壓；同時，合閘無源側(cè)換流站2的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器s6，將無源側(cè)換流站2的換流變壓器22與目標電網(wǎng)4導(dǎo)通，這樣就能夠在無源mmc閥單元21的閥側(cè)交流電壓從零逐漸升壓至額定交流電壓的同時，通過無源側(cè)換流站2的換流變壓器22對目標電網(wǎng)4進行供電，使得目標電網(wǎng)4的電壓從零逐漸升高至穩(wěn)態(tài)電壓。

由上可知，在合閘無源側(cè)換流站2的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器s6的初始，目標電網(wǎng)4的電壓為零，也就是無源側(cè)換流站2的換流變網(wǎng)側(cè)電壓為零，此時通過無源側(cè)換流站2的換流變壓器22與目標電網(wǎng)4對應(yīng)連接的無源mmc閥單元21的閥側(cè)交流電壓也為零，二者之間不存在壓差或存在很小的壓差，這樣在合閘無源側(cè)換流站2的換流變網(wǎng)側(cè)斷路器s6的瞬間，并不會造成電壓突變和電流突變，能夠避免無源mmc閥單元21內(nèi)部發(fā)生橋臂過流而造成無源mmc閥單元21跳閘，并且避免目標電網(wǎng)4出現(xiàn)暫態(tài)電壓過高的現(xiàn)象，從而確保目標電網(wǎng)4運行安全以及與目標電網(wǎng)4電連接的電力設(shè)備安全。

可以理解的是，上述實施例中提到的可控電壓和解鎖電壓，可以由本領(lǐng)域工程人員根據(jù)實際情況自行設(shè)定。通常，可控電壓是指現(xiàn)有技術(shù)中無源mmc閥單元21能夠被控制充電通斷所需具備的最低電壓限值；解鎖電壓是指本領(lǐng)域工程人員綜合考慮交流電源充電能力以及mmc閥單元充電容量等因素可以實現(xiàn)的最大充電電壓值。示例性的，在上述實施例中，可控電壓為0.30p.u.～0.35p.u.，解鎖電壓為0.70p.u.～0.75p.u.。

值得一提的是，在上述實施例提供的s30中，無源mmc閥單元21進入可控充電模式充電包括：

獲取各充電電容c的電壓，按照各電壓從低到高的順序，將各充電電容c對應(yīng)的無源mmc子模塊210進行排序充電，分別使得每個無源mmc子模塊210在可控充電模式下充電至解鎖電壓。

示例性的，參閱圖1，交流電源10提供的電流為三相電流，分別通過a相線路、b相線路和c相線路輸送，使得一個mmc閥單元比如無源mmc閥單元21中，包括有與a相線路、b相線路和c相線路一一對應(yīng)電連接的三相無源mmc子單元，三相無源mmc子單元的充電獨立進行；其中，一相無源mmc子單元包括2n個無源mmc子模塊210，n≥2，其中，n個無源mmc子模塊210串聯(lián)構(gòu)成一相無源mmc子單元的上橋臂211或下橋臂212，且一相無源mmc子單元中的上橋臂211與下橋臂212通過兩個橋臂電抗器串接。

當無源mmc閥單元21進入可控充電模式充電時，在一相無源mmc子單元中，檢測獲取2n個無源mmc子模塊210中充電電容c的電壓，并按照各電壓從低到高的順序，將與各充電電容c對應(yīng)的2n個無源mmc子模塊210進行排序充電，分別使得每個無源mmc子模塊210在可控充電模式下充電至解鎖電壓。

由于2n個無源mmc子模塊210串接，為了提高無源mmc閥單元21的充電效率，且確保無源mmc閥單元21的充電安全，在按照各電壓從低到高的順序?qū)?n個無源mmc子模塊210進行排序時，通常以分組的方式進行。具體的，若以m個無源mmc子模塊210為一組，m≤n，則從電壓最低的無源mmc子模塊210開始至電壓排序為m的無源mmc子模塊210為第一組，在第一時段內(nèi)充電至解鎖電壓；從電壓排序為m+1的無源mmc子模塊210開始至電壓排序為2m的無源mmc子模塊為第二組，在第二時段內(nèi)充電至解鎖電壓；以此類推，直至2n個無源mmc子模塊210在可控充電模式下均充電至解鎖電壓，無源mmc閥單元21在可控充電模式的充電完成。

在控制各無源mmc子模塊210進行排序充電時，優(yōu)選通過觸發(fā)每個無源mmc子模塊210中絕緣柵雙極型晶體管的通斷，對應(yīng)控制充電電容c的充電通斷。絕緣柵雙極型晶體管的輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動電路簡單、通態(tài)電壓低、能承受高電壓大電流等優(yōu)點，可以對充電電容c的充電通斷進行準確控制。

需要說明的是，上述實施例中提到的目標電網(wǎng)4是指處于停電狀態(tài)的電網(wǎng)區(qū)域，具體包括與無源側(cè)換流站2的換流變網(wǎng)側(cè)通過換流變網(wǎng)側(cè)斷路器s6電連接的交流母線，以及與交流母線級聯(lián)的各極變電站等。因此，在上述實施例提供的電網(wǎng)零起升壓的黑啟動方法中，參閱圖3和圖6，在s30和s40之間，還包括：

s35，級聯(lián)交流母線和各級變電站，使得交流母線和各級變電站共同構(gòu)成目標電網(wǎng)4。

為了更清楚的說明上述實施例所提供的目標電網(wǎng)4的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，參閱圖4-5。在圖4所示的目標電網(wǎng)4中，目標電網(wǎng)4包括主送電站a，主送電站a的輸入端通過交流母線與無源側(cè)換流站2的無源換流變壓器22電連接，主送電站a的輸出端與變電站b電連接，變電站b分別與變電站c、變電站d、變電站d和電廠f電連接。在圖5所示的目標電網(wǎng)4中，目標電網(wǎng)4包括主送電站h，主送電站h的輸入端通過交流母線與無源側(cè)換流站2的無源換流變壓器22電連接，主送電站h的輸出端與變電站i電連接，變電站i與變電站j電連接，而變電站j又與變電站k電連接，變電站k又與電廠l電連接。可見，目標電網(wǎng)4存在多種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與目標電網(wǎng)4所在的停電區(qū)域相關(guān)，應(yīng)根據(jù)實際運行情況確定。

在上述實施方式的描述中，具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。