[发明专利]一种电压源换流器的直流电压预设控制方法及应用

说明书

本发明公开了一种电压源换流器的直流电压预设控制方法及应用，在直流故障发生前的稳态运行阶段，直流电压控制器的直流电压预设控制指令值为换流站站级控制器设定的额定值。在直流故障期间，换流站极控制器检测到故障后，将直流电压预设控制指令值由额定值切换为新增加的控制参考量。新增加的参考量包含换流器直流母线电压和/或与该直流母线相连接的所有直流线路的直流电压。换流站极控制器将直流母线电压或者直流母线电压及直流线路电压中的最小值作为故障期间的目标电压预设控制指令值。在直流故障清除后，将电压预设控制指令值从目标电压预设控制指令值的当前值切换为额定值。通过本发明可以减小直流电网故障对交流电网暂态稳定性的影响。

技术领域

本发明属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种电压源换流器的直流电压预设控制方法及其在柔性直流输电系统中的应用。

背景技术

柔性直流电网技术在大规模可再生能源的汇集、输送和并网中有很好的应用前景。对于我国而言，由于风电、光伏大规模开发利用的需要，采用架空线的柔性直流电网技术需求更为迫切。与电缆线路相比，架空线发生短路故障的概率大增。

在两端或者多端柔性直流输电系统中，直流故障前后控制直流电压换流站(简称电压站)的电压控制指令值始终保持为额定值。由于直流故障清除时间较长，故障后电压站直流电压控制器将会因饱和而控制失效，甚至会发生电压站因过电流而闭锁的极端运行情况，导致电压站失去对直流电压的控制能力。即使是对于一些采用功能较为强大的换流器(例如全桥型模块化多电平换流器)的两端或者多端柔性直流输电系统，在直流故障期间，电压站的外环直流电压控制器也将饱和失效，同样会导致电压站失去直流电压控制能力。此时，换流站直流母线电压将在直流电流控制器的作用下逐渐衰减为零。由于衰减过程持续时间较长，使得直流故障电流峰值相对较大，严重威胁换流器的安全运行。

在网状的多端柔性直流输电系统(简称为柔性直流电网)中，直流故障期间所有换流站将向直流故障点馈入直流短路电流。由于故障期间换流站直流母线电压始终维持在较高的水平，一方面使得故障电流上升速度较快，故障电流峰值较高，增大了对直流断路器的开断电流大小需求。另一方面，由于故障期间换流站注入直流电网的故障能量较高，极大地增加了直流断路器在开断直流短路电流过程中的能量耗散需求。此外，由于故障清除后直流电压恢复速度极快，这相当于要求控制有功功率的换流站(简称功率站)的输出功率在直流故障清除后的极短时间内从故障期间的零功率阶跃变化为故障前的功率大小。而事实上，直流电网中的线路限流电感等感性元件的取值一般较大，导致直流功率的阶跃响应时间长达百毫秒至数百毫秒。因此，在直流故障清除后的功率恢复期间，换流站直流功率/直流电流控制器将会出现饱和的现象，导致直流功率恢复时间较长，恶化了直流电网外部交流电网的暂态稳定性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电压源换流器的直流电压预设控制方法及应用，由此解决在直流故障清除后的功率恢复期间，换流站直流功率/直流电流控制器将会出现饱和的现象，导致直流功率恢复时间较长，恶化了直流电网外部交流电网的暂态稳定性的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电压源换流器的直流电压预设控制方法，包括：

在直流故障发生前的稳态运行阶段，直流电压控制器的直流电压预设控制指令值维持为换流站站级控制器设定的额定值；

在直流故障期间，若换流站极控制器检测到故障，则将所述直流电压控制器的直流电压预设控制指令值由故障前的所述额定值切换为目标电压预设控制指令值，其中，所述目标电压预设控制指令值由换流器直流母线电压和/或与所述直流母线相连接的所有直流线路的直流电压确定；

在直流故障清除后，若所述换流站极控制器检测到直流故障已被清除，则将所述直流电压控制器的电压预设控制指令值从所述目标电压预设控制指令值在故障清除时刻的当前值切换为所述换流站站级控制器设定的额定值。