專利名稱：控制高壓直流系統(tǒng)中的電壓源變換器的方法和變換器站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制高壓直流(HVDC，high voltage direct current)系統(tǒng)中的電壓源變換器的方法和HVDC系統(tǒng)及其變換器站。
背景技術(shù)：
HVDC系統(tǒng)包括第一和第二變換器站，每一個(gè)包含電壓源變換器(VSC，voltage source converter)，用于將電力從第一交流(AC)網(wǎng)絡(luò)傳送到第二 AC網(wǎng)絡(luò)。電壓源變換器(VSC)不僅在高壓直流(HVDC)系統(tǒng)中使用，還用作例如靜態(tài)無功補(bǔ)償器(SVC，Static Var Compensator)。在HVDC應(yīng)用中，電壓源變換器連接在直流(DC)鏈路和AC網(wǎng)絡(luò)之間，在作為靜態(tài)無功補(bǔ)償器的應(yīng)用中，電壓源變換器連接在直流電壓源和AC 網(wǎng)絡(luò)之間。在這兩種應(yīng)用中，電壓源變換器必須能夠產(chǎn)生頻率與AC網(wǎng)絡(luò)的頻率相同的AC 電壓。通過關(guān)于AC網(wǎng)絡(luò)的電壓分別調(diào)制電壓源變換器產(chǎn)生的AC電壓的幅值和相位來控制通過變換器的無功和有功功率流。尤其是，安裝有串聯(lián)連接的晶體管(IGBT)的電壓源變換器使得這種類型的變換器可以在比較高的電壓使用。脈沖寬度調(diào)制(PWM，pulse width modulation)用于控制產(chǎn)生的AC電壓，這使得能夠?qū)﹄妷哼M(jìn)行快速的控制。根據(jù)通過引用包含于此的US 6400585，用于HVDC系統(tǒng)中的變換器站的電壓控制的控制系統(tǒng)是先前已知的。該控制系統(tǒng)的目的是在異常電壓狀況下也將直流鏈路的電壓保持在安全工作界限內(nèi)。已知的HVDC系統(tǒng)包括第一和第二變換器站，每一個(gè)變換器站在DC鏈路的每一側(cè)具有連接在DC鏈路和AC網(wǎng)絡(luò)之間的電壓源變換器。變換器站的電流控制系統(tǒng)具有通過影響AC網(wǎng)絡(luò)中的母線電壓和電壓源變換器的橋電壓之間的相移(phase displacement)來控制DC鏈路和AC網(wǎng)絡(luò)之間的有功功率流的裝置。下面進(jìn)一步解釋術(shù)語母線電壓和橋電壓?？刂葡到y(tǒng)包括響應(yīng)于DC鏈路處異常電壓狀況的指示產(chǎn)生相變命令信號(hào)(phase change order signal)的裝置、以及響應(yīng)于所述相變命令信號(hào)影響橋電壓的相位的裝置，以保證橋電壓和母線電壓之間的相移產(chǎn)生從DC鏈路到AC網(wǎng)絡(luò)的有功功率流。鎖相環(huán)(PLL，phase-locked loop)裝置保證變換器站的控制系統(tǒng)與AC網(wǎng)絡(luò)的母線電壓的相位同步地工作。DC鏈路中的有功功率流必須是平衡的。這意味著離開該鏈路的有功功率必須等于該鏈路接收的功率。任何差異可能導(dǎo)致DC電壓急劇增大或者減小。為了實(shí)現(xiàn)這種功率平衡，變換器站中的一個(gè)對(duì)DC電壓進(jìn)行控制。因此，另一個(gè)變換器站相應(yīng)地可以通過控制DC 電流來控制DC鏈路的有功功率流。通常，上游變換器站控制DC電壓，而下游變換器站控制有功功率流。
^ Qahraman ^AW "An electromagnetic transient simulation model for voltage sourced converter based HVDC transmission，，，Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, Niagara Falls, Ont., Canada,2-5May 2004, vol. 2，pages 1063-1066，ISBN :0-7803-8253_6，對(duì)電壓源變換器中的有功和無功功率的單獨(dú)控制是已知的，其中比例積分控制器作用于實(shí)際的無功功率誤差以分別生成到內(nèi)PWM控制器的電壓參考的幅值和相位。在AC網(wǎng)絡(luò)或者AC電網(wǎng)中大面積斷電之后恢復(fù)電力可能非常困難。需要使多個(gè)電站重新并網(wǎng)(on-line)。通常，這借助于來自電網(wǎng)的其余部分的電力來完成。在沒有電網(wǎng)電力時(shí)，需要進(jìn)行所謂的黑啟動(dòng)(black start)以引導(dǎo)電網(wǎng)工作。為了提供黑啟動(dòng)，典型地一些電站安裝有小的柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)可以用于啟動(dòng)具有幾兆瓦容量的較大的發(fā)電機(jī)，較大的發(fā)電機(jī)繼而可以用于啟動(dòng)主電站發(fā)電機(jī)。使用汽輪機(jī)的發(fā)電廠需要多達(dá)其容量的10%的廠用電(station service power)用于鍋爐給水泵、鍋爐送風(fēng)助燃空氣鼓風(fēng)機(jī)以及用于燃料準(zhǔn)備。然而，在每一個(gè)站處提供這樣大的待機(jī)容量不經(jīng)濟(jì)，因此必須通過輸電網(wǎng)絡(luò)從其它站提供黑啟動(dòng)電力。基于實(shí)際場(chǎng)景的典型的黑啟動(dòng)序列如下·電池啟動(dòng)安裝在水力發(fā)電站中的小柴油發(fā)電機(jī)。 來自柴油發(fā)電機(jī)的電力用于使水力發(fā)電站工作。·對(duì)水電站和其它區(qū)域之間的關(guān)鍵輸電線供電。 來自水壩的電力用于啟動(dòng)火力基荷廠(coal-fired base load)。 來自基荷廠的電力用于重新啟動(dòng)系統(tǒng)中的所有其它電廠，包括核電廠。·最終將電力重新施加到主電力分配網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送給客戶。在斷電之后恢復(fù)電力不是簡(jiǎn)單的過程。在恢復(fù)過程期間系統(tǒng)脆弱時(shí)，持續(xù)出現(xiàn)小的干擾，電網(wǎng)將經(jīng)歷從去源網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)過各種弱網(wǎng)絡(luò)狀況、到正常的強(qiáng)AC網(wǎng)絡(luò)的不同狀況。為了在恢復(fù)過程期間保持頻率和電壓穩(wěn)定，需要整個(gè)協(xié)作系統(tǒng)的恢復(fù)計(jì)劃。從 ht tp //www. versorgungssicherheit. at/ down load 上作為 Gutachten Glavitsch. pdf 公幵的"Einfluss der Liberalisierung auf die Versorgungssicherheit in den Stromnetzen bzw. Regelungserfordernisse durch die Beh5rden”，例如通過識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中能夠向局部網(wǎng)絡(luò)提供電力的自治區(qū)域、之后逐漸連接其它網(wǎng)絡(luò)區(qū)域來執(zhí)行去源AC網(wǎng)絡(luò)中的電力恢復(fù)是已知的。當(dāng)變換器連接到僅進(jìn)行發(fā)電例如風(fēng)場(chǎng)、或者僅進(jìn)行消耗、或者兩者的混合的孤立網(wǎng)絡(luò)，將難以預(yù)測(cè)有功功率和無功功率。因此，難以確定希望的有功功率和希望的無功功率(^f，對(duì)它們進(jìn)行控制將是不實(shí)際的。當(dāng)變換器連接到去源AC電力網(wǎng)絡(luò)，即根本沒有電力供應(yīng)時(shí)，因?yàn)闆]有AC電壓用于 PLL的同步，上面描述的已知控制系統(tǒng)將無法工作，并且由于電流是通過連接的負(fù)載自然地確定的，因此電流控制將不工作。當(dāng)變換器連接到非常弱的AC電力網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)中的已有短路功率近似等于或者小于變換器額定時(shí)，因?yàn)槿魽C網(wǎng)絡(luò)提供更加振蕩的AC母線電壓，上面描述的已知控制系統(tǒng)難以保持穩(wěn)定，這導(dǎo)致PLL和電流控制的振蕩，因?yàn)閮蓚€(gè)系統(tǒng)都使用AC母線電壓作為輸入。從WO 03/(^6118Α1，已知電壓源變換器可以用于對(duì)弱交流電壓網(wǎng)絡(luò)或者去源交流電壓網(wǎng)絡(luò)供電。這是如何進(jìn)行的在這里沒有進(jìn)行討論。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種用于控制HVDC鏈路中的電壓源變換器的方法和系統(tǒng)，其允許對(duì)去源AC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更穩(wěn)定的供電。第二目的是找到一種使AC網(wǎng)絡(luò)黑啟動(dòng)的方法，其中該方法基于電壓源變換器的控制方法。根據(jù)本發(fā)明的對(duì)連接兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)的高壓直流系統(tǒng)中的電壓源變換器進(jìn)行控制的方法，其中所述兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)沒有電力供給，而所述兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)正常工作，所述電壓源變換器連接到?jīng)]有電力供給的所述交流網(wǎng)絡(luò)，所述方法包括使所述電壓源變換器作為電壓源發(fā)電機(jī)工作以產(chǎn)生具有希望的頻率和希望的電壓幅值、被表示為橋電壓的交流電壓，通過控制所產(chǎn)生的交流電壓的頻率和幅值使用直接的交流電壓和頻率控制來實(shí)現(xiàn)，其中所述電壓源變換器由具有標(biāo)稱值的高壓直流系統(tǒng)的直流電壓供電。另外，應(yīng)用該方法以使沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)黑啟動(dòng)，其中沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由高壓直流系統(tǒng)連接到至少兩個(gè)交流電站中的一個(gè)，以及其中沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由輸電線連接到所述至少兩個(gè)交流電站中的另一個(gè)，所述方法包括使用建立的橋電壓(UVl ；UV2)對(duì)連接到所述至少兩個(gè)交流電站中的另一個(gè)的輸電線供電；以及啟動(dòng)所述至少兩個(gè)交流電站中的另一個(gè)。此外，根據(jù)本發(fā)明的高壓直流系統(tǒng)中的變換器站，所述高壓直流系統(tǒng)連接兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)，其中兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)沒有電力供給，而兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)正常工作， 所述變換器站包括電壓源變換器和控制單元，并連接到?jīng)]有電力供給的所述交流網(wǎng)絡(luò)，其中所述控制單元適于使所述電壓源變換器作為電壓源發(fā)電機(jī)工作以產(chǎn)生具有希望的頻率和希望的電壓幅值、被表示為橋電壓的交流電壓，通過控制所產(chǎn)生的交流電壓的頻率和幅值使用直接的交流電壓和頻率控制來實(shí)現(xiàn)，其中所述電壓源變換器由具有標(biāo)稱值的高壓直流系統(tǒng)的直流電壓供電。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)去源AC網(wǎng)絡(luò)的供電通過獨(dú)立于連接的AC網(wǎng)絡(luò)中的狀況地控制電壓源變換器生成的AC電壓的頻率和電壓幅值以使電壓源變換器作為電壓源發(fā)電機(jī)工作來實(shí)現(xiàn)。與此相反，如上所述，已知的變換器控制系統(tǒng)控制電壓源變換器的電流并且對(duì)AC網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)起作用。頻率和電壓控制能夠穩(wěn)定生成的AC電壓的電壓和頻率，即增強(qiáng)弱AC 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定度(stiffness)。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行控制時(shí)，當(dāng)兩個(gè)AC網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)經(jīng)歷斷電時(shí)，連接兩個(gè)AC 網(wǎng)絡(luò)并且包括兩個(gè)電壓源變換器的HVDC系統(tǒng)能夠提供黑啟動(dòng)。兩個(gè)變換器站中連接到正常工作的電力供給AC網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)變換器站將HVDC系統(tǒng)的DC電壓保持在標(biāo)稱值。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，兩個(gè)變換器站中連接到?jīng)]有電力供給的 AC網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)變換器站建立具有預(yù)定頻率和幅值的AC電壓。然后，建立的AC電壓用于對(duì)AC網(wǎng)絡(luò)的輸電線供電，其中AC網(wǎng)絡(luò)連接到其它電站。通過來自HVDC變換器站的這種AC 電力支持，可以啟動(dòng)其它電站。通過重新啟動(dòng)更多電廠并連接更多負(fù)載，電網(wǎng)逐漸恢復(fù)。包含安裝有根據(jù)本發(fā)明的控制的電壓源變換器的HVDC系統(tǒng)使得恢復(fù)電力的過程容易并且平滑。與具有慣性并且涉及機(jī)械功率控制的發(fā)電單元不同，因?yàn)闆]有慣性，可以使得安裝有根據(jù)本發(fā)明的控制的VSC非?？?。由于快速控制，VSC用作保持發(fā)電和消耗之間的功率平衡的功率緩沖(slack)，也就是說，當(dāng)功率產(chǎn)生大于功率消耗時(shí)，變換器作為將功率從AC網(wǎng)絡(luò)傳送到DC側(cè)的整流器工作，而當(dāng)功率產(chǎn)生低于功率消耗時(shí)，變換器作為將功率從DC側(cè)傳送到AC網(wǎng)絡(luò)的逆變器工作。以這種方式，傳統(tǒng)上在黑啟動(dòng)和電網(wǎng)的恢復(fù)過程中必須考慮的關(guān)鍵問題變得較不重要，這使得電網(wǎng)的恢復(fù)更加容易。在本發(fā)明的實(shí)施例中，電壓反饋控制設(shè)置有自適應(yīng)電壓下降功能，這提供對(duì)電壓源變換器產(chǎn)生的AC電壓的控制，同時(shí)在連接的AC網(wǎng)絡(luò)中的其它無功功率源比如電壓調(diào)節(jié)裝置之間提供適當(dāng)?shù)臒o功功率共享。其結(jié)果是，在從無源負(fù)載、通過幾乎不發(fā)電的弱AC系統(tǒng)、直到發(fā)電全部恢復(fù)的強(qiáng)AC系統(tǒng)的不同工作狀況下，自適應(yīng)電壓下降功能保持電壓源變換器和AC網(wǎng)絡(luò)之間的公共連接點(diǎn)處的AC電壓幅值穩(wěn)定。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，鎖相環(huán)(PLL)裝置包括信號(hào)生成裝置，用于根據(jù)頻率命令和希望的有功功率生成代表要由電壓源變換器生成的希望的AC電壓的頻率和相角的信號(hào)，使得連接的AC網(wǎng)絡(luò)的頻率幾乎保持恒定。相應(yīng)地，信號(hào)生成裝置作為自適應(yīng)頻率下降功能工作。需要小的頻率的變化，以便實(shí)現(xiàn)連接的AC網(wǎng)絡(luò)中其它發(fā)電單元之間良好的負(fù)載共享。除了實(shí)現(xiàn)其它發(fā)電單元之間良好的負(fù)載共享所需的小的變化之外，自適應(yīng)頻率下降功能使得可以將頻率控制為幾乎恒定。從對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它有利實(shí)施例將變
得清楚。對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)的仿真已經(jīng)說明，利用根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備，在從無源負(fù)載、通過幾乎不發(fā)電的弱AC系統(tǒng)、直到發(fā)電全部恢復(fù)的強(qiáng)AC系統(tǒng)的不同AC網(wǎng)絡(luò)狀況下，獲得了穩(wěn)定的AC電壓和頻率。


通過參考附圖描述實(shí)施例來更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖全部是示意性的，并且分別是單線圖和框圖形式的，其中圖1是在現(xiàn)有技術(shù)中已知的高壓直流輸電系統(tǒng)的示意性單線框圖；圖2是根據(jù)圖1的現(xiàn)有技術(shù)的輸電系統(tǒng)的電壓源變換器的控制設(shè)備的實(shí)施例；圖3是根據(jù)圖2的現(xiàn)有技術(shù)的控制設(shè)備的細(xì)節(jié)部分；圖4是根據(jù)本發(fā)明的變換器控制設(shè)備的實(shí)施例；圖5是根據(jù)本發(fā)明的變換器控制設(shè)備的AC電壓控制裝置的實(shí)施例；圖6A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變換器控制設(shè)備的鎖相環(huán)裝置的實(shí)施例；以及圖6B示出代表連接點(diǎn)處希望的電壓頻率和相角的鎖相環(huán)裝置的輸出信號(hào)的波形。
具體實(shí)施例方式下面要描述的框圖可以看作控制設(shè)備的信號(hào)流圖和框圖?？驁D中示出的框執(zhí)行的功能在可應(yīng)用部分中可以通過硬接線電路中的模擬和/或數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，但是優(yōu)選地作為微處理器中的程序來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然示出的框被稱為部件、濾波器、裝置等等，但是它們應(yīng)當(dāng)被解釋為用于實(shí)現(xiàn)所希望的功能的手段，尤其在作為微處理器的軟件來實(shí)現(xiàn)它們的功能的情況下。因此，根據(jù)情況，表述“信號(hào)”也可以被解釋為由計(jì)算機(jī)程序生成并且僅這樣出現(xiàn)的值。下面僅給出這些框的功能性描述，因?yàn)檫@些功能可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員本身已知的方式來實(shí)現(xiàn)。以矢量的形式示出在圖中示出的控制設(shè)備中出現(xiàn)的變量，尤其是代表電壓和電流的變量，以說明它們的多相特性。用上面的短橫(^ )來指定矢量單位。在各個(gè)圖中對(duì)在多于一個(gè)的圖中出現(xiàn)的彼此類似的部件給予相同的附圖標(biāo)記。有時(shí)省略測(cè)量的值和框之間、以及框之間的連接線以便不加重圖的負(fù)擔(dān)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些框的輸入處出現(xiàn)的各個(gè)變量是從生成它們的框或者測(cè)量單元提供的。圖1以示意性單線框圖的形式示出在現(xiàn)有技術(shù)中已知的高壓直流輸電系統(tǒng)。第一變換器站STm和第二變換器站STN2通過分別具有兩個(gè)極導(dǎo)體Wl和W2的直流鏈路彼此連接。典型地，極導(dǎo)體是線纜，但是它們還可以至少部分地包括高架線。變換器站STm和STN2 中的每一個(gè)分別具有連接在極導(dǎo)體Wl和W2之間的電容器設(shè)備Cl和C2，變換器站STm和 STN2中的每一個(gè)分別包括電壓源變換器CONl和C0N2。變換器CONl和C0N2中的每一個(gè)包括具有2電平或者3電平變換器橋的半導(dǎo)體閥。半導(dǎo)體閥包括例如所謂的IGBT型功率晶體管的柵極導(dǎo)通/關(guān)斷半導(dǎo)體元件和與這些元件反并聯(lián)連接的二極管的支路。每一個(gè)變換器分別經(jīng)由相電感器PIl和PI2連接到相應(yīng)的三相交流電力網(wǎng)絡(luò)m 和N2。雖然在圖中沒有示出，變換器可以經(jīng)由變壓器連接到三相網(wǎng)絡(luò)m或N2，這在本領(lǐng)域中是公知的，在這種情況下對(duì)于一些情況可以省略相電感器PIl和PI2。在相應(yīng)的相電感器PIl或PI2和相應(yīng)的三相網(wǎng)絡(luò)m或N2之間的連接點(diǎn)處，作為旁路連接分別連接濾波器設(shè)備Fl和F2。將濾波器Fl的連接點(diǎn)處的交流網(wǎng)絡(luò)m的AC電壓指定為UL1，并且用測(cè)量裝置Ml 進(jìn)行測(cè)量。下面將該電壓ULi稱為交流網(wǎng)絡(luò)m的母線電壓。將變換器com建立的Ac電壓指定為UV1，并且下面將其稱為變換器CONl的橋電壓。將變換器CONl處的交流電流指定為II，并且用測(cè)量裝置M3進(jìn)行測(cè)量。類似地，將濾波器F2的連接點(diǎn)處的AC電壓指定為 UL2，并且用測(cè)量裝置M4進(jìn)行測(cè)量，將變換器C0N2處的交流電流指定為12，并且用測(cè)量裝置 M6進(jìn)行測(cè)量。下面將濾波器F2的連接點(diǎn)處的AC電壓稱為交流網(wǎng)絡(luò)N2的母線電壓。將變換器C0N2建立的AC電壓指定為UV2，并且下面將其稱為變換器C0N2的橋電壓。將電容器設(shè)備Cl上的DC電壓指定為Udl，將電容器設(shè)備C2上的DC電壓指定為 Ud2。這些電壓分別用僅用符號(hào)示出的測(cè)量裝置M7和M8來測(cè)量。第一變換器站STm包括控制設(shè)備CTRL1，第二變換器站STN2包括種類通常與控制設(shè)備CTRLl類似的控制設(shè)備CTRL2，以便根據(jù)預(yù)定脈沖寬度調(diào)制(PWM，pulse width modulation)方式對(duì)各個(gè)電壓源變換器CONl或者C0N2的半導(dǎo)體閥分別生成導(dǎo)通/關(guān)斷命令鏈FPl禾口 FP2。變換器站STm和STN2可以以DC電壓控制、有功功率控制、AC電壓控制或者無功功率控制四種不同的方式工作。通常，變換器站中的一個(gè)，例如第一變換器站STm在用于對(duì)直流鏈路進(jìn)行電壓控制的DC電壓控制模式下工作，而第二變換器站STN2在有功功率控制或者AC電壓控制或者無功功率控制模式下工作。工作模式可以由操作人員手動(dòng)設(shè)置，或者在特定狀況下可以通過未示出的序列控制系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置。圖2示出代表控制設(shè)備CTRLl和控制設(shè)備CTRL2的現(xiàn)有技術(shù)的控制設(shè)備的實(shí)施例，其中為了簡(jiǎn)單省略了標(biāo)記1和2。
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控制設(shè)備CTRL包括DC電壓控制器21、AC電壓控制器22、選擇器裝置SWl和SW2、 變換器電流控制系統(tǒng)IREG、脈沖寬度調(diào)制單元23、以及開關(guān)邏輯單元24。將測(cè)量的各個(gè)電容器設(shè)備(Cl或者C2)上的DC電壓Ud的實(shí)際值和其電壓參考值 UdR提供給求差部件25，其輸出提供給DC電壓控制器21。將測(cè)量的各個(gè)母線電壓UL的實(shí)際值和其電壓參考值ULR提供給求差部件沈，其輸出提供給AC電壓控制器22。對(duì)第一選擇器裝置SWl提供DC電壓控制器21的輸出信號(hào)和通過變換器的有功功率流的參考值I^ref。第一選擇器裝置SWl根據(jù)模式信號(hào)MDl輸出信號(hào)pR，其是DC電壓控制器21的輸出信號(hào)或者參考值I^ref。對(duì)第二選擇器裝置SW2提供AC電壓控制器22的輸出信號(hào)和通過變換器的無功功率流的參考值Qref。第二選擇器裝置SW2根據(jù)模式信號(hào)MD2輸出信號(hào)qR，其是AC電壓控制器22的輸出信號(hào)或者參考值Qref。AC和DC電壓控制器21和22例如具有比例積分特性。參考值I^ref和Qref可以以傳統(tǒng)的方式分別作為來自有功和無功功率流的控制器(未示出)的輸出而形成。將第一和第二選擇器裝置SWl和SW2的輸出信號(hào)pR和qR提供給變換器電流控制系統(tǒng)IREG。電流控制系統(tǒng)IREG提供內(nèi)AC電流控制反饋環(huán)，其根據(jù)基于開關(guān)裝置SWl和 SW2的輸出信號(hào)pR和qR以及相參考同步信號(hào)形成的提供的電流參考矢量生成電壓參考矢量際紫^形式的電壓參考模板。該電壓參考矢量而代表各個(gè)變換器CONl或者C0N2的橋電壓UVl或者UV2的電壓參考。通過將三相交流網(wǎng)絡(luò)的相指定為a、b和c，該矢量的上標(biāo) abc是指變換器的三相電壓，因此該矢量具有分量t/v^、UV^muK。還對(duì)變換器電流控制系統(tǒng)IREG提供變換器處的交流電流的實(shí)際值I和AC網(wǎng)絡(luò)m 或者N2的頻率的標(biāo)稱值f0，其通常是50或者60Hz。將電壓參考矢量^7》&提供給脈沖寬度調(diào)制單元23，確定變換器CONl或者C0N2中的a、b和c各相中的閥換流的時(shí)刻ta、tb和tc，開關(guān)邏輯單元M據(jù)此生成導(dǎo)通/關(guān)斷命令鏈FPa、FPb和FPc，將其提供給半導(dǎo)體閥。優(yōu)選地，變換器電流控制系統(tǒng)IREG作為在微處理器上運(yùn)行的軟件來實(shí)現(xiàn)，并且作為采樣控制系統(tǒng)來執(zhí)行。由于實(shí)踐原因，即為了方便計(jì)算，變換器電流控制系統(tǒng)IREG以傳統(tǒng)的方式工作， 其中將三相單元即交流網(wǎng)絡(luò)的電壓和電流經(jīng)由到靜止兩相α β參考平面的變換而變換為旋轉(zhuǎn)兩相dq參考平面，并且以旋轉(zhuǎn)兩相dq參考平面表示。交流網(wǎng)絡(luò)的三相單元由此被變換為可以用本身已知的控制系統(tǒng)技術(shù)處理的直流量。通過將三相交流網(wǎng)絡(luò)的相指定為a、b和C，三相系統(tǒng)被稱為abc系統(tǒng)。在下面的文本和圖中，在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂蒙蠘?biāo)(例如Pf4)來表示參考平面。圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變換器電流控制系統(tǒng)IREG的基本結(jié)構(gòu)。該電流控制系統(tǒng)作為具有采樣周期時(shí)間I1S的采樣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)單，以矢量形式示出所有變量，但是應(yīng)當(dāng)理解，以本身已知的方式對(duì)各個(gè)矢量的分量進(jìn)行信號(hào)處理。因?yàn)殡娏骺刂葡到y(tǒng)對(duì)于兩個(gè)控制設(shè)備CTRLl和CTRL2是類似的， 因此為了簡(jiǎn)單，下面描述的各個(gè)變量上的標(biāo)號(hào)省略了標(biāo)號(hào)1和2。
根據(jù)圖3的變換器電流控制系統(tǒng)IREG包括電流命令計(jì)算單元41、電流控制器42、 第一變換部件43、第二變換部件44、第一鎖相環(huán)(PLL)部件46以及第一計(jì)算單元48。變換器電流控制系統(tǒng)IREG接收如上面參考圖2解釋的產(chǎn)生的信號(hào)pR和qR。將信號(hào)PR和qR提供給電流命令計(jì)算單元41，電流命令計(jì)算單元41據(jù)其計(jì)算并輸出變換器處的交流電流的參考值。該參考值在dq參考平面中分別用《和巧表示，在圖中作為電流參考矢
量
權(quán)利要求
1.一種對(duì)連接兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)的高壓直流系統(tǒng)中的電壓源變換器進(jìn)行控制的方法，其中所述兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)沒有電力供給，而所述兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)正常工作，所述電壓源變換器連接到?jīng)]有電力供給的所述交流網(wǎng)絡(luò)，所述方法包括使所述電壓源變換器作為電壓源發(fā)電機(jī)工作以產(chǎn)生具有希望的頻率(f_ord)和希望的電壓幅值(UVord )的、 被表示為橋電壓(UVl ；UV2)的交流電壓，通過控制所產(chǎn)生的交流電壓的頻率和幅值使用直接的交流電壓和頻率控制來實(shí)現(xiàn)，其中所述電壓源變換器由具有標(biāo)稱值的高壓直流系統(tǒng)的直流電壓供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在連接到?jīng)]有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)的變換器站中，實(shí)現(xiàn)了在所述橋電壓的希望的相角(€_ord)與表示為母線電壓(UL1，UL2)的所連接的交流網(wǎng)絡(luò)的交流電壓之間的強(qiáng)迫同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中強(qiáng)迫同步是通過將母線電壓的q分量設(shè)置為零并且將母線電壓的d分量設(shè)置為電壓幅值命令(UMR)、使得dq參考平面上的所述橋電壓的參考值成為際二 =CZMi + + 而實(shí)現(xiàn)的，其中^^二是dq參考平面上的所述橋電壓的參考值，UMR是電壓幅值命令，@匈是預(yù)測(cè)的電壓降。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中通過包括自適應(yīng)電壓下降功能 (62)的電壓反饋控制(UACREG)來控制所述橋電壓的電壓幅值，所述自適應(yīng)電壓下降功能作用于在與沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)(m ；N2)的連接點(diǎn)處測(cè)量的無功功率⑴)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中隨著無功功率⑴)的增大，自適應(yīng)電壓下降功能 (62)使交流電壓參考信號(hào)(ULR)增大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中通過鎖相環(huán)(PLL_IN)來控制頻率，鎖相環(huán)(PLL_IN)包括自適應(yīng)頻率下降功能(77)，自適應(yīng)頻率下降功能(77)作用于在與沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)(W ；N2)的連接點(diǎn)處測(cè)量的有功功率(P)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中隨著有功功率(P)的增大，自適應(yīng)頻率下降功能 (77)使頻率參考信號(hào)(f0)增大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中僅在檢測(cè)到所連接的交流網(wǎng)絡(luò) (Ni ；N2)沒有電力供給之后應(yīng)用所述方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中應(yīng)用所述方法以使沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)黑啟動(dòng)，其中沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由高壓直流系統(tǒng)連接到至少兩個(gè)交流電站中的一個(gè)，以及其中沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由輸電線連接到所述至少兩個(gè)交流電站中的另一個(gè)，所述方法包括 使用建立的橋電壓(UVl ；UV2)對(duì)連接到所述至少兩個(gè)交流電站中的另一個(gè)的輸電線供電；以及 啟動(dòng)所述至少兩個(gè)交流電站中的另一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中沒有電力供給的交流網(wǎng)絡(luò)連接到多于兩個(gè)的交流電站和至少一個(gè)負(fù)載，其中所述交流網(wǎng)絡(luò)通過在所述至少兩個(gè)交流電站中的另一個(gè)啟動(dòng)之后逐個(gè)啟動(dòng)其余的交流電站、之后連接所述至少一個(gè)負(fù)載來恢復(fù)。
11.一種高壓直流系統(tǒng)中的變換器站，所述高壓直流系統(tǒng)連接兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)，其中兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)沒有電力供給，而兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)正常工作，所述變換器站包括電壓源變換器和控制單元，并連接到?jīng)]有電力供給的所述交流網(wǎng)絡(luò)，其中所述控制單元適于使所述電壓源變換器作為電壓源發(fā)電機(jī)工作以產(chǎn)生具有希望的頻率(f_ord)和希望的電壓幅值(UVord )的、被表示為橋電壓(UVl ；UV2)的交流電壓，通過控制所產(chǎn)生的交流電壓的頻率和幅值使用直接的交流電壓和頻率控制來實(shí)現(xiàn)，其中所述電壓源變換器由具有標(biāo)稱值的高壓直流系統(tǒng)的直流電壓供電。
全文摘要
控制高壓直流系統(tǒng)中的電壓源變換器(CON1；CON2)的方法包括獨(dú)立于連接到電壓源變換器(CON1；CON2)的交流網(wǎng)絡(luò)(N1；N2)中的狀況地控制電壓源變換器(CON1；CON2)生成的交流電壓(UV1；UV2)的頻率和電壓幅值的步驟。該方法由高壓直流系統(tǒng)的控制單元來執(zhí)行。在具體實(shí)施例中，該方法形成使交流網(wǎng)絡(luò)黑啟動(dòng)的方法的基礎(chǔ)，其中交流網(wǎng)絡(luò)包括輸電線并且連接到至少兩個(gè)交流電站，其中至少兩個(gè)交流電站中的一個(gè)經(jīng)由高壓直流系統(tǒng)連接到交流網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H02M7/797GK102280898SQ20111022359
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者江英 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司