基于可控关断电流源换流器的直流输电控制方法和系统

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及基于可控关断电流源换流器的直流输电控制方法和系统。

背景技术

基于晶闸管的电网电压换相换流器(Line Commutated Converter，LCC)的高压直流输电(High Voltage based Direct Current，HVDC)技术，因传输容量大、无交流电网同步问题，以及输电走廊面积小等优点，使其成为目前实际投运工程数量最多的输电形式。但是，LCC-HVDC无法独立控制有功和无功功率，不具备黑启动能力，且逆变侧存在换相失败风险，严重限制了LCC-HVDC在风电和光伏等新能源并网输送以及孤岛供电等领域的应用。

发明人发现，虽然LCC具有输送容量大、建造成本低等优点，而且我国也已经建成数几十条高压直流输电工程，然而LCC采用晶闸管作为功率半导体开关器件，需要外部交流电源提供换相电压才能保证换流器正常运行，换流器工作没有独立性，存在换相失败风险，一旦交流系统发生故障导致电压降低，将发生换相失败，造成传输功率波动，甚至换流阀闭锁，停止直流功率传输，严重时将引起多馈入直流系统多条直流输电同时发生换向失败，严重威胁受端电网安全性。

发明内容

本发明提出了基于可控关断电流源换流器的直流输电控制方法和系统，以至少解决直流输电系统受端换相失败的问题。

根据本申请的一个方面，提供了基于可控关断电流源换流器的直流输电控制方法，包括：获取送端和受端的点火角，其中，所述送端为输电方，所述受端为受电方；获取所述受端的熄弧角；获取所述受端所连接的交流系统网的三相同步交流电压，其中，所述受端采用可控关断LCC换流器；根据所述三相同步交流电压得到所述受端的正向锁相环相位信息和非全周反向锁相环相位信息；通过比较所述点火角和所述正向锁相环相位信息确定脉冲是否开通，通过比较所述熄弧角的最小值与所述非全周反向锁相环信息确定所述脉冲是否关断。

进一步的，获取所述送端和所述受端的点火角包括，通过定直流电流控制器输出所述送端的点火角，通过送端换流变控制所述送端的点火角范围；通过定直流电压控制器输出所述受端的点火角，通过受端换流变控制所述受端的所述熄弧角范围。

进一步的，所述点火角范围为：12.5度≤点火角≤17.5度；所述熄弧角范围为：14.5度≤熄弧角≤19.5度。

进一步的，获取所述正向锁相环相位信息包括：通过获取所述三相同步交流电压，利用锁相环技术得到所述正向锁相环相位信息。

进一步的，获取所述非全周反向锁相环相位信息包括：所述非全周反向锁相环相位信息＝300度-所述正向锁相环相位信息。

进一步的，当所述正向锁相环相位信息大于所述点火角时，所述可控关断LCC换流器触发开通脉冲；当所述非全周反向锁相环相位信息小于所述最小熄弧角时，所述可控关断LCC换流器触发关断脉冲。

根据本申请的另一个方面，还提供了基于可控关断电流源换流器的直流输电系统，用于实施上述直流输电控制方法，其中，所述直流输电系统包括送端和受端，其中，所述送端采用传统LCC换流器或可控关断LCC换流器；所述受端为可控关断LCC电流源换流器。

进一步的，所述可控关断LCC换流器由两个六脉动格雷兹整流器串联构成，所述六脉动格雷兹整流器的每相桥臂由若干个功率器件串联组成。

进一步的，所述功率器件为逆阻型IGCT功率器件或为非对称型IGCT与功率二极管串联型功率器件。

本发明的有益效果为：

本发明公开了基于可控关断电流源换流器的直流输电控制方法和系统，通过获取正向锁相环相位信息和非全周反向锁相环相位信息，比较点火角和正向锁相环相位信息以确定脉冲是否开通，比较熄弧角的最小值与非全周反向锁相环相位信息以确定脉冲是否关断，从而解决了直流输电系统受端换相失败的问题，并且简化了触发脉冲开通和关断的产生逻辑，提高了直流输电系统的可靠性和可用率，提高了交直流混联电网的整体稳定性。本发明控制方法和系统具有广阔的推广空间和使用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例基于可控关断LCC换流器直流输电控制方法流程示意图；

图2是根据本申请实施例基于可控关断LCC换流器混合直流输电单极拓扑结构示意图；

图3是根据本申请实施例可控关断LCC换流器解锁及稳态运行波形示意图；

图4是根据本申请实施例可控关断LCC换流器触发脉冲生成逻辑示意图；

图5是根据本申请实施例可控关断LCC换流器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

作为本实施例的一个方面，提供了一种基于可控关断电流源换流器的直流输电控制方法：图1是根据本实施例基于可控关断LCC换流器直流输电控制方法流程示意图，其中，送端为直流输电的输电方，受端为直流输电的受电方，如图2所示，可选的，受端采用可控关断LCC换流器串联结构，送端采用常规LCC换流器，也可采用可控关断LCC换流器，例如，在本实施例中，送端采用常规LCC换流器串联结构。如图1所示，该流程包括如下步骤：

S102.获取送端和受端的点火角Alpha，以及受端的熄弧角Gamma；

其中，送端的点火角控制选择定直流电流控制器输出，通过换流变分接头配合，控制点火角维持在一定范围内，例如，15±2.5度范围内；受端的点火角控制选择定直流电压控制器输出，通过换流变分接头配合，控制熄弧角维持在一定范围内，例如，17±2.5度范围内。

S104.获取受端的正向锁相环相位信息；

例如，通过可控关断LCC换流器获取所连交流系统网侧三相同步交流电压，通过锁相环技术得到正向锁相环相位信息；其中，正向锁相环相位信息为一周期性信号，其周期与交流电网周期同步，范围为0-360度，如附图3中所示。

S106.获取受端的非全周反向锁相环相位信息；

非全周反向锁相环相位信息等于300度减去正向锁相环相位信息；其中，非全周反向锁相环相位信息也为一周期性信号，其周期与交流电网周期同步，范围为0-300度，如附图3中所示。

S108.可控关断LCC换流器产生触发脉冲；

通过比较正向锁相环相位信息与点火角确定是否开通脉冲，通过比较非全周反向锁相环相位信息与最小熄弧角确定是否关断脉冲；例如，当正向锁相环相位信息大于点火角时，可控关断LCC换流器触发开通脉冲；当非全周反向锁相环相位信息小于最小熄弧角时，可控关断LCC换流器触发关断脉冲。如附图4所示，图中“ON”“OFF”点分别为触发脉冲的开通、关断时刻。

通过上述步骤，解决了直流输电系统受端换相失败的问题，并且简化了触发脉冲开通和关断的产生逻辑，提高了直流输电系统的可靠性和可用率，提高了交直流混联电网的整体稳定性。

作为本实施例的另一个方面，提供了基于可控关断电流源换流器的直流输电系统，用于实施上述直流输电控制方法，如图2所示，为根据本申请实施例基于可控关断LCC换流器混合直流输电单极拓扑结构示意图；其中，直流输电系统包括送端和受端；可选的，送端采用传统LCC换流器或可控关断LCC换流器；受端为可控关断LCC电流源换流器；例如，在本实施例中，送端采用常规LCC换流器串联结构，受端采用可控关断LCC换流器串联结构。

作为一种可选的实施例，例如，可控关断LCC换流器由两个六脉动格雷兹整流器串联构成，每相桥臂由若干IGCT功率器件串联组成。

如附图5所示，可选的，可控关断LCC电流源换流器的功率器件可以采用一体式电气封装的逆阻型IGCT功率器件，也可以采用非对称型IGCT与功率二极管串联型功率器件。

下面，结合附图5所示，以三相电流源换流器A相为例进行说明。由三相电流源换流器换相理论可知，例如，根据A相上桥臂1号阀的正向锁相环相位信息和非全周反向锁相环相位信息，通过依次滞后60度变换后可以得到C相下桥臂2号阀、B相上桥臂3号阀、A相下桥臂4号阀、C相上桥臂5号阀、B相下桥臂6号阀正反向锁相环相位信息。同样的，正向锁相环相位信息与点火角和非全周反向锁相环相位信息与最小熄弧角比较后可以分别得到其他五个阀的开通及关断触发脉冲。

本优选实施例解决了直流输电系统受端换相失败的问题，并且简化了触发脉冲开通和关断的产生逻辑，提高了直流输电系统的可靠性和可用率，提高了交直流混联电网的整体稳定性。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。