[发明专利]用于高压直流系统的线路换相换流器的控制系统和方法

说明书

本发明为HVDC系统的LCC提供了一种控制系统及其控制方法。所述控制系统包含：第一测量单元(20)，被配置成提供电流量测量值，所述电流量测量值指示所述HVDC系统的DC电流量；以及控制器(21)，被配置成响应于电流量测量值超过电流参考水平时，将受控LCC运行时的第一熄弧角增加到第二熄弧角，以避免受控LCC的换相失败。通过使用所述HVDC系统的解决方案，随着LCC的熄弧角的增加，可以降低由HVDC系统的DC电流的快速上升引起的换相失败的几率。整个AC和DC电力系统的可靠性和稳定性得到改善。

技术领域

本发明涉及用于高压直流(HVDC)系统的线路换相换流器(LCC)的控制，并且更具体地涉及防止HVDC系统的LCC的换相故障。

背景技术

HVDC系统通常用于将高压AC电网或远处的发电站连接到AC电网。这样的系统通常由两个通过DC传输线或电缆互连的换流器站组成。在发电端或发送端，换流器包括整流器，用于将交流电力转换为直流电流和电压，而在接收端，换流器包括将电力从DC传输线传输到AC电网的逆变器。

典型的HVDC系统可以包括单极传输线或双极传输线。图1A和图1B示出双极HVDC系统和单极HVDC系统的框图。如在图1A中所示，在双极HVDC系统中，如果在双极系统中的一极出现故障，此电流路径将切换到大地回路，从而允许系统继续以降低的容量运行，并降低极故障引起双极中断的可能性。通常这些大地回路路径只用于非常短的持续时间，直到故障极能恢复服务。这种方案中的接地电流可以在任一方向上流动，并且电极必须设计成可逆的，可以作为阳极或阴极运行。在三相AC系统中，馈送和接收AC电网的每相通过两对朝向前向的阀连接到正极和负极DC传输线。如在图1B中所示，在单极HVDC系统中，DC传输线永久地承载DC电流。馈送和接收AC电网的每相通过朝向前向的阀连接到DC传输线和地。该阀由一个触发控制系统启动，该触发控制系统以预定的时间顺序向阀提供选通信号(gatesignal)，以实现电流从相到相的传输或换相。

已知这两种中的任一类型的HVDC系统可以包含包括基于晶闸管或汞弧阀的桥的换流器。这种阀桥(valve bridge)允许将三相交流电压和电流转换为直流电压和电流，或者将直流电压和电流转换为三相交流电压和电流。只有当阀上的前向电压为正值且阀接收到控制脉冲时，阀(如晶闸管)仅以前向从阳极流向阴极的方式传导电流。一旦阀开始导通，电流的大小唯一地由阀外部的主电路决定，并且不受消除门极脉冲的影响。通过阀的电流继续流动，直到其由于外部影响而减少并试图变为负值。因为阀被反向偏置,所以反向电流流动被阻止,使通过它的电流消失。在前向方向上，阀将阻塞电流流动直到控制脉冲施加到门。由于这些特性，阀的运行周期被分成前向阻塞时间间隔、传导时间间隔和反向阻塞时间间隔。

当阀在逆变器模式下运行时，当涉及电流方向时，直流电压为负。这意味着施加触发脉冲之前，阀两端的电压大部分时间都是正的。为了建立前向阻塞电压，必须消除在导通期间建立的电荷。因此，在导通周期结束与正电压的施加之间，阀需要具有负的阀电压的时间间隔。与此时间段对应的电角度称为换相余量或熄弧角。

在典型的逆变器运行中，在一个阀导通的情况下，在下一个过零点之前有足够的时间触发下一个随后的阀，此时相间电压将变为正值。因此，必须及时终止从即将关断阀到即将导通阀的换相，以确保足够的换相余量。如果出于某种原因，当即将关断阀两端的电压变为正值或换相余量很小以致阀没有时间重新获得足够的前向阻塞能力时，换相未完成，则在逆变器运行中存在瞬态干扰，称为换相失败。

如上所述，为了建立阀的前向阻塞能力，通过在对应于换相时间的时间间隔内提供负的阀电压来消除在导通时间间隔期间建立的电荷。由于整流器通常在小于90度电角度的触发角下运行，因此这在整流器运行中没有问题。然而，由于希望保持熄弧角尽可能小以使功率转移最大化，所以这种换相失败是逆变器运行所关心的问题。