[发明专利]基于H7‑CSC的柔性直流电网结构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性直流输电领域，尤其涉及一种基于H7-CSC的柔性直流电网结构及其控制方法。

背景技术

随着清洁能源和可再生能源的发展，传统交流电网已难以满足可再生能源发电和负荷的随机波动对电网快速反应的要求。而在直流电网中，换流器可以限制电压波动，基于电力电子技术的直流断路器可以在ms级时间内完成电流分断，配合运行控制系统可以实现潮流的快速调整。

目前，组成直流电网的换流器可分为两种：电网电压换相换流器(Line-commutated converter,LCC)和电压源型换流器(Voltage source converter,VSC)。LCC换流器采用半可控的晶闸管，需要交流系统提供换相电压，不能给无源网络供电，连接弱交流系统时容易引起换相失败。VSC换流器有功无功可以独立控制，能够为无源网络供电，但是VSC无法隔离直流侧的故障电流，在直流电网发生短路故障时，VSC的电容会放电，产生很大的直流故障电流，因此，基于VSC的直流电网对直流线路两端的直流断路器要求很高，必须能切除很大的直流故障电流，导致直流断路器过于昂贵。而与VSC成对偶形式的电流源型PWM换流器(Current source converter,CSC)，近年来在电机驱动、动态无功补偿、风电并网等领域得到理论发展或工程应用。与VSC类似，CSC根除了换相失败问题，且直流故障时不存在二极管整流通路，具有直流故障自清除能力，使廉价的架空线代替昂贵的电缆成为可能，此外，CSC的直流侧电感可以抑制直流故障电流的快速上升，大大地降低了直流电网对直流断路器的要求，从而大大降低直流断路器的造价。

尽管目前端到端直流输电系统已经相对成熟，但要发展成为直流电网还面临一系列新问题，可见对于基于CSC的柔性直流电网的研究具有积极意义。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于H7-CSC的柔性直流电网结构及其控制方法，本发明可以解决换相失败的问题，直流故障时不存在二极管整流通路，具有直流故障自清除处理能力，可以进行故障隔离与系统再启动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于H7-CSC的柔性直流电网结构，包括直流侧、换流器和交流侧，所述换流器包括7个桥臂，其中前级并联支路为SiC功率开关器件与二极管串联构成，其他6个桥臂均由一组IGBT与二极管串联构成，6个桥臂形成全桥电路，直流侧串联大电感，利用高温超导技术提升储能效率，交流侧由电感、电容组成二阶低通滤波电路，以滤除流入交流系统的高次谐波。

基于上述结构的调制方法，在VSC调制方式的基础上利用二、三值开关信号转换函数进行变换得到，二、三值开关信号转换函数为

其中，X_j为二值开关信号，S_j为三值开关信号，j＝a,b,c。

在信号变换前，对输入的参考信号进行相应修正，以抵消二逻辑信号变换为三逻辑信号后信号幅值增大为倍，相位滞后30°的现象。

基于上述结构的参数控制方法，根据交流侧的有功功率、无功功率和直流侧电压值与交流侧电流的关系，对交流侧的有功、无功及直流电压的闭环控制。

基于上述结构的启动控制步骤如下：

(1)先保持各端换流器闭锁，整流器触发延迟角α设置为90°，H7-CSC有功无功参考值设置为0；

(2)解锁整流器，交流断路器合闸，投入交流滤波器和电抗支路，触发延迟角α由初始值按线性变化规律调整到整定值；

(3)解锁逆变器，功率参考值由初始设置值按线形变化规律逐步调整为额定值；

(4)触发延迟角逐渐减小，直流电压和直流电流逐渐升高，直至电压电流达到整定值，系统转入正常运行状态。

基于上述结构的直流故障切除控制步骤如下：

(1)发出闭锁信号，快速使H7-CSC进行闭锁；

(2)整流器的定α角控制器迅速调节，使α角快速升高至大于90°，整流器以逆变方式运行。

系统再启动控制如下：

(1)确保故障完全消除；

(2)系统恢复过程与启动过程相同，各参考值再次由初始状态线形变化到整定值；

(3)系统电压电流达到整定值，系统恢复到稳定运行状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)H7-CSC根除了换相失败的问题，直流故障时不存在二极管整流通路，具有直流故障自清除处理能力，可以进行故障隔离与系统再启动。