[发明专利]基于串联电压注入的电流型高压直流输电系统换向失败抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于串联电压注入的电流型高压直流输电系统(LCC‑HVDC)换向失败抑制方法，本发明的核心在于在LCC‑HVDC的逆变器与受端交流系统之间串联注入三相电压以补偿受端交流系统电压的动态跌落，串联电压注入通过统一潮流控制器实现，将统一潮流控制器的并联变压器并联于交流系统侧，串联变压器串联于LCC‑HVDC的逆变器侧。本发明为统一潮流控制器的串联换流器设计了一个动态电压串联注入控制算法，以使得统一潮流控制器的串联换流器产生的三相电压通过串联变压器能够动态补偿交流系统侧电压的动态跌落。进而能够减少LCC‑HVDC逆变器侧的电压畸变和电压跌落。最终降低LCC‑HVDC逆变器的换向失败概率。

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种基于串联电压注入的电流型高压直流输电系统(LCC-HVDC)换向失败抑制方法。

背景技术

目前，在中国运行的高压直流输电系统中绝大部分为LCC-HVDC。由于LCC-HVDC的换流站采用的是晶闸管技术，晶闸管的换向依赖于交流侧提供的三相交流电压。通常，直流电流增加，交流侧电压跌落都有可能造成LCC-HVDC逆变器的换向失败。LCC-HVDC的整流侧正常情况下发生换向失败的概率很低。因此，针对LCC-HVDC逆变器的换向失败的研究已经有非常长的历史，然而，到目前为止仍然没有行之有效的方法能够可靠的抑制LCC-HVDC的换向失败问题。已有的研究成果中，换向失败抑制主要依赖于以下三种技术方案。

第一种换向失败抑制方法主要依赖于对LCC-HVDC控制系统的改进。换相失败预测器是较为成功的一种解决方案。改方案通过对零序电压的监测来判断交流系统侧是否发生单相接地故障，通过检测三相交流电压在静止αβ坐标系中幅值的变化来判断交流侧是否发生三相接地短路故障。若检测到交流系统侧故障，则立即减小LCC-HVDC逆变器的触发角来减小直流电流，从而减小换向失败发生的风险。同时，基于换相失败预测器，部分研究进一步对LCC-HVDC的电流控制系统进行了改进。即在检测到交流侧故障后，在减小逆变器触发角的基础上进一步减小直流电流参考值，以使得直流电流更快的减小。这种方案的代价是直流系统输送功率的减少。更重要的是，控制系统改进的效果是非常有限的，交流系统的强弱仍然对LCC-HVDC的换向起着决定性的作用。

第二种换向失败抑制方案依赖于无功补偿。通过在LCC-HVDC受端系统加装大规模的无功补偿装置来增强受端系统的电压稳定。然后无功补偿装置的控制系统中受端系统的电压表示为三相电压合成矢量的幅值，因此无功补偿装置只能控制三相电压合成矢量的幅值跟随其参考值。然而LCC-HVDC的换向失败可能是由于某一项的电压波形的畸变造成的。因此，传统的无功补偿方案也不能完全解决LCC-HVDC的幻想失败问题。而且大规模无功补偿装置的价格也非常昂贵。

第三种换向失败抑制方案依赖于混合电压电流型高压直流输电技术。其中一种混合电压电流型高压直流输电系统在LCC-HVDC的逆变器侧接入另一路并联运行的电压型高压直流输电系统，通过电压型高压直流输电系统来支撑受端系统的电压。另一种解决方案是将传统LCC-HVDC的逆变器替换为电压型换流器，这样就彻底解决了逆变器换向失败的问题。然而这种方案的最大缺陷在于直流输电系统的潮流方向无法改变。总体来说，混合电压电流型高压直流输电系统是对现存LCC-HVDC改造的方向，然而目前来看，这种方案也无法短时间内解决LCC-HVDC的换向失败问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述LCC-HVDC的换向失败问题，提供一种基于串联电压注入的电流型高压直流输电系统换向失败抑制方法，考虑到换向失败的主要原因是受端交流系统的电压跌落，通过在逆变器和受端交流系统之间加装统一潮流控制器在受端交流系统侧串联注入三相电压，以使得逆变器侧获得的三相电压为理想正弦波。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于串联电压注入的电流型高压直流输电系统换向失败抑制方法，所述的抑制方法包括下列步骤：