本發(fā)明涉及一種特高壓換流閥的控制方法，具體涉及一種適用于直流黑啟動(dòng)的系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)：

直流系統(tǒng)相較于交流系統(tǒng)的啟動(dòng)而言，具有輸送功率大、啟動(dòng)和調(diào)整速度快、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)在黑啟動(dòng)初期可發(fā)揮較大作用，能夠加快聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)送電能力。在電網(wǎng)黑啟動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外從黑啟動(dòng)電源的選擇、黑啟動(dòng)階段的規(guī)則策略、電網(wǎng)恢復(fù)路徑優(yōu)化等方面已開(kāi)展了多年的理論研究，并以研究成果為基礎(chǔ)成功進(jìn)行了一系列的交流電網(wǎng)黑啟動(dòng)試驗(yàn)。但是，為保證黑啟動(dòng)時(shí)直流系統(tǒng)的正常啟動(dòng)，通常在最小電流啟動(dòng)后采用降壓運(yùn)行方式，此時(shí)換流閥的觸發(fā)角α和熄弧角γ均會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于額定值，將導(dǎo)致?lián)Q流閥內(nèi)換相過(guò)沖電壓增大，換流閥避雷器頻繁動(dòng)作，晶閘管單周期內(nèi)頻繁開(kāi)斷，阻尼回路損耗增加等。因此，直流系統(tǒng)黑啟動(dòng)的系統(tǒng)控制方法方面的優(yōu)化成為一個(gè)工程上亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種適用于直流黑啟動(dòng)的系統(tǒng)控制方法。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種適用于黑啟動(dòng)的直流系統(tǒng)控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟：

搭建交直流系統(tǒng)模型；

換流站控制系統(tǒng)整定；

輔助頻率控制。

進(jìn)一步地，所述搭建交直流系統(tǒng)模型包括：

搭建6脈動(dòng)換流單元：換流變壓器通過(guò)換流閥系統(tǒng)的等效電抗器與三相整流橋連接；三相整流橋的每一相均由上下兩橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂均由換流閥構(gòu)成；每個(gè)換流閥兩端并聯(lián)閥避雷器；所述換流閥包括阻尼回路、直流均壓回路、晶閘管、飽和電抗器和閥內(nèi)雜散電容；所述阻尼回路、直流均壓回路和晶閘管并聯(lián)后組成阻尼回路-直流均壓回路-晶閘管并聯(lián)支路， 阻尼回路-直流均壓回路-晶閘管并聯(lián)支路與飽和電抗器串聯(lián)與閥內(nèi)雜散電容并聯(lián)；

在建立的交直流系統(tǒng)模型中輸入?yún)?shù)，包括：線路阻抗、換流閥變壓器電壓、頻率及變比，平波電抗器電感L，交流濾波器、直流濾波器的等值電容、電感及電阻，換流閥內(nèi)阻尼電容、換流閥阻尼電阻、直流均壓電阻、飽和電抗器的不飽和電感值及雜散電容容值。

進(jìn)一步地，所述換流站控制系統(tǒng)整定(原有的換流站控制系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置不同的控制方式以及控制方式間的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中各種擾動(dòng)快速的響應(yīng)，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)；同時(shí)保證系統(tǒng)在過(guò)渡狀態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行工況下維持穩(wěn)定，并最大限度保證功率傳輸)包括下述步驟：

基于傳統(tǒng)高壓直流輸電的控制方式，在整流側(cè)增加定電壓控制模式；換流站原有控制器不作改變，待黑啟動(dòng)過(guò)程完成后轉(zhuǎn)換為正常定電流控制模式；定電壓控制模式是為了保持出口處電壓恒定，將電壓測(cè)量值與參考值的偏差通過(guò)PI環(huán)節(jié)，輸出觸發(fā)脈沖至換流閥系統(tǒng)；正常定電流控制模式是將實(shí)際電流I_d和電流整定值I_d0進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)差別時(shí)，改變整流器的觸發(fā)角，使差值消失或減小，以保持I_d等于I_d0；

逆變側(cè)基于原有的定電流控制模式，將定熄弧角控制模式作為限制器加入到逆變側(cè)控制模式中，待黑啟動(dòng)過(guò)程完成后轉(zhuǎn)換為定電壓控制模式；

定熄弧角控制模式是根據(jù)直流系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出與熄弧角整定值對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角α，然后根據(jù)觸發(fā)角α對(duì)逆變側(cè)進(jìn)行觸發(fā)控制，如下式所示：

其中，β為觸發(fā)月前角，為直流電流變化率的修正量，K為修正系數(shù)，d_x為換相壓降百分比，U_d0表示整流側(cè)理想空載電壓，γ₀為熄弧角整定值。

增加整流側(cè)定電壓控制模式和逆變側(cè)定電流控制模式后，有效抑制黑啟動(dòng)過(guò)程帶來(lái)的直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述輔助頻率控制包括：考慮直流逆變側(cè)的直流附加控制，利用逆變側(cè)定電流控制模式增加附加頻率控制器，避免通信問(wèn)題的同時(shí)提高受端電網(wǎng)的直流系統(tǒng)穩(wěn)定性，附加頻率控制器的輸入信號(hào)采用逆變側(cè)換流母線頻率差，以實(shí)現(xiàn)本地控制。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：

1)用電磁暫態(tài)仿真的方法獲得交直流系統(tǒng)的電壓、電流、頻率等量化指標(biāo)，直觀有效。

2)采用本發(fā)明所提出的整流側(cè)定電壓、逆變側(cè)定電流，使得換流閥的觸發(fā)角α和熄弧角 γ在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，且直流系統(tǒng)在保證外送有功功率的同時(shí)，無(wú)功功率消耗相對(duì)減少，有利于防止電壓的進(jìn)一步下降和可能的電壓崩潰現(xiàn)象，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定。

3)在逆變側(cè)采用輔助以附加頻率控制的控制方法，無(wú)需站間通信，黑啟動(dòng)可靠性提高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的整流側(cè)控制模式示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的逆變側(cè)控制模式示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的直流運(yùn)行特性圖；

圖4是本發(fā)明提供的逆變側(cè)附加頻率控制示意圖；

圖5是本發(fā)明提供的適用于直流黑啟動(dòng)的系統(tǒng)控制方法的流程圖；

圖6是本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的直流系統(tǒng)示意圖；

圖7是本發(fā)明提供的加入附件頻率控制前的仿真波形圖；其中：(a)為黑啟動(dòng)過(guò)程中交流系統(tǒng)的頻率波動(dòng)情況，(b)為直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β剩?c)為發(fā)電機(jī)送出的無(wú)功功率，(d)為直流母線的電壓；

圖8是本發(fā)明提供的加入附件頻率控制后的仿真波形圖；其中：(a)為黑啟動(dòng)過(guò)程中交流系統(tǒng)的頻率波動(dòng)情況，(b)為直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β剩?c)為發(fā)電機(jī)送出的無(wú)功功率，(d)為直流母線的電壓。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過(guò)程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書(shū)的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書(shū)的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”來(lái)表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開(kāi)了超過(guò)一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

本發(fā)明提供一種適用于直流黑啟動(dòng)的系統(tǒng)控制方法，其流程圖如圖5所示，包括交直流系統(tǒng)模型搭建步驟、換流站控制系統(tǒng)整定步驟以及輔助頻率控制步驟：

1)交直流系統(tǒng)模型搭建步驟，包括下述子步驟：

①搭建交直流系統(tǒng)仿真模型：包括單相換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、換流器、雜散電容、換流閥避雷器及交流系統(tǒng)等值電源等，具體為：

搭建6脈動(dòng)換流單元：換流變壓器通過(guò)換流閥系統(tǒng)的等效電抗器與三相整流橋連接；三相整流橋的每一相均由上下兩橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂均由換流閥構(gòu)成；每個(gè)換流閥兩端并聯(lián)閥避雷器；所述換流閥包括阻尼回路、直流均壓回路、晶閘管、飽和電抗器和閥內(nèi)雜散電容；所述阻尼回路、直流均壓回路和晶閘管并聯(lián)后組成阻尼回路-直流均壓回路-晶閘管并聯(lián)支路，阻尼回路-直流均壓回路-晶閘管并聯(lián)支路與飽和電抗器串聯(lián)與閥內(nèi)雜散電容并聯(lián)；

②在建立好的換流閥系統(tǒng)仿真模型中輸入?yún)?shù)，包括線路阻抗、換流閥變壓器電壓、頻率及變比，平波電抗器電感L，交流濾波器、直流濾波器的等值電容、電感及電阻，換流閥內(nèi)阻尼電容、換流閥阻尼電阻、直流均壓電阻、飽和電抗器的不飽和電感值及雜散電容容值等。

2)換流站控制系統(tǒng)整定步驟，包括下述子步驟：

①基于傳統(tǒng)高壓直流輸電的控制方式，在整流側(cè)增加定電壓控制模式，如圖1所示。換流站原有控制器不做改變，待黑啟動(dòng)過(guò)程完成后可轉(zhuǎn)換為正常定電流控制模式。定電壓控制模式是為了保持出口處電壓恒定，將電壓測(cè)量值與參考值的偏差通過(guò)PI環(huán)節(jié)，輸出觸發(fā)脈沖至換流閥系統(tǒng)；正常定電流控制模式是將實(shí)際電流I_d和電流整定值I_d0進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)差別時(shí)，改變整流器的觸發(fā)角，使差值消失或減小，以保持I_d等于I_d0。

②逆變側(cè)基于原有的定電流控制模式，將定熄弧角控制模式作為限制器加入到逆變側(cè)控制模式中，待黑啟動(dòng)過(guò)程完成后轉(zhuǎn)換為定電壓控制模式；定熄弧角控制模式是根據(jù)直流系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出與熄弧角整定值對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角α，然后根據(jù)觸發(fā)角α對(duì)逆變側(cè)進(jìn)行觸發(fā)控制，如下式所示：

其中，β為觸發(fā)月前角，為直流電流變化率的修正量，K為修正系數(shù)，d_x為換相壓降百分比，U_d0表示整流側(cè)理想空載電壓，γ₀為熄弧角整定值；如圖2所示。

③增加整流側(cè)定電壓控制模式和逆變側(cè)定電流控制模式后，有效抑制黑啟動(dòng)過(guò)程帶來(lái)的直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)。直流VI運(yùn)行特性如圖3所示。

3)輔助頻率控制，包括下述子步驟：

考慮直流逆變側(cè)的直流附加控制，避免通信問(wèn)題的同時(shí)提高受端電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，利 用逆變側(cè)定電流模式增加附加頻率控制器如圖4所示，其中輸入信號(hào)采用逆變側(cè)換流母線頻率差以實(shí)現(xiàn)本地控制。

實(shí)施例

對(duì)于如圖6所示的直流系統(tǒng)(如龍政直流)，通過(guò)研究該直流工程的系統(tǒng)控制策略，調(diào)整基礎(chǔ)控制策略和控制器參數(shù)使得直流系統(tǒng)在保證外送有功功率的同時(shí)，無(wú)功功率消耗相對(duì)減少，有利于防止電壓的進(jìn)一步下降和可能的電壓崩潰。采用本發(fā)明提出的控制方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，加入附件頻率控制前后的仿真波形如圖7(a)、(b)(c)、(d)和圖8(a)、(b)(c)、(d)所示。

由仿真結(jié)果可知，25s時(shí)附加頻率控制投入后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性得到大幅提高，同時(shí)直流功率隨系統(tǒng)需求進(jìn)行調(diào)制(調(diào)制范圍設(shè)定為大于最小外送功率)，驗(yàn)證了本地附加頻率控制策略的有效性。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。