CN107431358A - Hvdc网络的启动 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于控制电压型变换器(101a)以激励DC链(103)的方法和设备。电压命令生成模块(300)生成电压命令(VORD)，其用于控制电压型变换器在DC链上生成DC电压，所述电压命令基于时变电压参考信号(RV)。电压参考模块(301)可以包括斜坡发生器(306)，电压参考模块(301)生成时变电压参考信号(RV)，使得电压参考信号的变化率随时间变化。电压参考信号的变化率可以随时间减小，以在达到标称操作电压时变得更渐进，从而避免过电压。

Description

HVDC网络的启动
技术领域
本发明涉及用于形成高压电力传输/配电网的一部分的电压型变换器的启动方法和设备，并且尤其是涉及例如在DC链(DC link)的初始化或故障条件之后的重新启动时，用于为电压型变换器(voltage source converters)之间的DC链充电的方法和设备。
背景技术
高压直流(HVDC，high-voltage direct current)电力传输使用直流来传输电力。这是更为普遍的交流电力传输的替代方式。使用HVDC电力传输有许多好处。HVDC对在远距离上的电力传输和/或互连以不同频率操作的交流(AC)网络是特别有用的。
第一站由此可以通过一个或多个DC传输线例如架空线或海底或埋地电缆将电能传送至第二站。第一站可以通过从接收的AC输入供电转换生成DC供电。第二站则通常提供从DC变换回AC。第一站和第二站中的每一个因此通常可以包括用于从AC变换成DC或其相反的变换器。
最初，HVDC电力传输***往往针对点对点传输，即仅从第一站到第二站实现。不过，越来越多地提出在包括连接超过两个电压变换器的多个DC传输路径的网状网(mesh-network)或DC电网上实现HVDC电力传输。例如，在诸如由可再生能源(诸如风场，其中可以有地理上可能相距遥远的多个源)的电力生成的应用中，这种DC网络是有用的。
至今大多数HVDC传输***基于线路换向变换器(LCC)，比方说例如使用晶闸管阀的六脉冲桥式变换器。LCC使用诸如晶闸管的元件，这些元件能够由适当的触发器信号接通，并且只要他们前向偏置，则保持导通。
不过，越来越多地提出电压型变换器(VSC)用在HVDC传输中。VSC使用开关元件，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其能够独立于任何连接的AC***被可控地接通和关断。VSC因此有时称作自换向变换器(self-commutating converters)。
VSC的各种设计是已知的。在通常称作六脉冲桥的一种形式的已知VSC中，将AC端子连接至DC端子的每个阀包括一组串联连接的开关元件，通常是IGBT，每个IGBT与反并联二极管连接。阀的IGBT被一起切换以连接或断开相关的AC和DC端子，给定相分支的阀(即将两个DC端子分别连接至相同的AC端子的两个阀)以反相切换。通过对每个臂使用脉宽调制(PWM)类型的开关方案，可以实现AC和DC电压之间的变换。
在称作模块化多电平变换器(MMC)的另一种已知类型的VSC中，每个阀包括串联连接的一连串单元，每个单元包括能量储存元件(诸如电容器)和开关布置，开关布置能够被控制以便将能量储存元件串联连接在单元的端子之间或者旁路能量储存元件。阀的单元或子模块被控制以在不同的时间连接或旁路其相应的能量储存元件，以便随时间改变阀两端的电压差。通过使用相对大量的子模块，并对开关动作适当地定时，阀能够合成近似于正弦波并包含低水平的谐波畸变的阶跃波形。本领域技术人员会理解MMC有各种设计。例如，MMC可以是半桥MMC或全桥MMC。在半桥MMC中，单元或子模块的能量储存元件与半桥开关布置连接，这允许能量储存元件被绕过或被连接，以在单元的端子处提供给定极性的电压。在全桥MMC中，单元或子模块的能量储存元件与全桥开关布置连接，这允许能量储存元件被旁路或被连接以在单元的端子处提供任一极性的电压。
正常使用中，HVDC站的VSC通常参照相关连接的AC网络的AC波形被控制，以达到期望的功率流。一个VSC可以以电压控制操作以控制DC线路的电压，另一VSC以功率控制被控制以控制功率流。
使用中，DC线路因此被充电到相关的操作DC电压。在DC网络初始启动时，或者在一些情况下在故障之后重新启动时，因此可能需要将DC线路充电到操作电压。
在DC链的启动之前，或者在一些故障条件之后，连接至DC网络的VSC可以处于阻断的非操作状态。通常，一个VSC被用作激励变换器(energising converter)，并且以电压控制模式被去阻断(de-block)，并用来对(若干)DC线路充电，其它的(若干)变换器保持在阻断状态。激励变换器因此对在其近端的DC线路充电，其中，DC线路在其远端实际上可以是开路。这可能导致DC线路中的电压振荡，这能够导致远端的电压幅值大于1p.u.，并且这可能显著地超过DC链的额定电压，这是不希望的。
发明内容
本公开的实施例提供至少缓解这些振荡问题的方法和设备。
因此，根据本发明，提供了一种控制电压型变换器以激励DC链的方法，包括：
基于电压命令，控制所述电压型变换器以在所述DC链上生成DC电压；
其中，所述电压命令基于时变电压参考信号，并且电压参考信号的变化率随时间变化。
所述方法通过基于时变电压参考信号生成电压命令，控制正激励DC链的VSC，其中，电压参考信号的变化率随时间变化。具体地，时变电压参考信号的变化率可以随时间减小。DC链上的任何电压振荡的程度将取决于DC链上电压的变化率，因此取决于用来导出电压命令的电压参考信号的变化率。不过，已经认识到在激励DC链的第一阶段，由于DC链尚未上升到完全操作电压，因此可以容忍更快速的变化率，因此，即便有振荡分量，DC链上的过电压是不可能的。然而，当DC电压增大时，电压的变化率可以被降低，即降到更渐进的变化率，使得降低在远端任何电压振荡的幅值，并且例如可以维持在可接受的安全操作极限内。
所述时变电压参考信号可以包括斜坡信号，所述斜坡信号具有随时间变化的斜率。当所述电压型变换器初始被去阻断时，所述斜坡信号可以从与所述DC链的电压对应的初始值斜坡上升到与所述DC链的标称电压对应的最终值。
所述斜坡信号可以在第一时段具有第一斜率，在所述第一时段之后的第二时段具有第二斜率，其中，所述第二斜率相对所述第一斜率减小，即更加渐进。当所述斜坡信号达到预定阈值时，所述第二时段可以开始。在所述第二时段之后可以有至少一个附加时段，其中，在每个时段中，所述斜坡信号的斜率从之前时段中的斜率减小。
在一些实施例中，所述方法还可以包括监测DC电流流动，以确定电流振荡的指示；以及基于所述时变电压参考信号和DC电流流动的指示，生成所述电压命令。例如，基于任何确定的DC电流振荡的程度，可控制时变电压参考信号的变化率。在一些实施例中，所述方法可以包括由电流振荡的指示调制所述时变电压参考信号，以提供振荡衰减。
因此，DC电流流动可以被监测以确定电流中任何振荡的程度，可以基于电流振荡的指示调制时变电压参考信号以提供电压命令。电压命令因此被有效地调制，以衰减在VSC处DC电流中的任何振荡，这具有衰减DC链的电压中的任何振荡的效果，如后面更详细地解释的。
通过对指示DC电流流动的信号滤波，例如，通过对DC电流流动滤波以识别振荡分量，可以确定所述电流振荡的指示。对指示DC电流流动的信号滤波可以包括施加带通滤波器和/或高通滤波器中的至少一个。选择(若干)滤波器的带通或截止频率以分离振荡分量。
在一些实施例中，可以将电流振荡的指示与参考电流值比较。
电流控制器可以接收电流振荡的指示，并确定用于调制时变电压参考信号的衰减控制信号。在一些实施例中，电流控制器可以是比例-积分控制器，不过可以使用其它类型的控制器。
在一些实施例中，衰减控制信号的值可以被控制，以便不超过预定极限。预定极限可以是固定的，或者在一些实施例中，预定极限可以随时间变化。
在一方面，提供了一种启动HVDC***的方法，所述HVDC***包括由DC链连接至至少第二电压型变换器的第一电压型变换器。所述方法可以包括：去阻断所述第一电压型变换器，并根据在上文的任一种变形中描述的方法控制所述第一电压型变换器，同时将所述第二电压型变换器保持在阻断状态；以及随后去阻断所述第二电压型变换器。
在另一方面，提供了存储在非瞬态存储介质上的机器可读代码，所述代码包括用于使适当的处理器执行如上文描述的任一种变形的控制VSC的方法的指令。
各方面还涉及一种用于控制电压型变换器以激励DC链的控制设备，包括：
电压命令生成模块，所述电压命令生成模块用于生成电压命令，所述电压命令基于时变电压参考信号控制所述电压型变换器在所述DC链上生成DC电压；以及
电压参考模块，所述电压参考模块用于生成所述时变电压参考信号，其中，电压参考信号的变化率随时间变化。
控制设备提供所有相同的优点，并且如参照本发明的第一方面讨论的可以以所有相同变形实现。
具体地，时变电压参考信号的变化率可以随时间减小。电压参考模块可以包括斜坡发生器，所述斜坡发生器用于生成斜坡信号，所述斜坡信号具有随时间减小的斜率。斜坡发生器可以生成一信号，当电压型变换器初始被去阻断时，该信号从与DC链的电压对应的初始值斜坡上升到与DC链的标称电压对应的最终值。
斜坡发生器可以生成斜坡信号，所述斜坡信号在第一时段具有第一斜率，在所述第一时段之后的第二时段具有第二斜率，其中，所述第二斜率相对所述第一斜率减小，即更加渐进。斜坡发生器可以被配置成使得当斜坡信号达到预定阈值时第二时段可以开始。在所述第二时段之后可以存在至少一个附加时段，其中，在每个时段中，所述斜坡信号的斜率从之前时段中的斜率减小。
电压命令生成模块可以包括振荡衰减模块，所述振荡衰减模块用于基于电流振荡的指示调制电压参考信号。
振荡衰减模块可以包括至少一个滤波器，所述至少一个滤波器被配置成接收指示DC电流流动的信号并对所述信号进行滤波。滤波器的输出可以指示电流振荡。至少一个滤波器可以包括带通滤波器和/或高通滤波器。
控制设备可以包括电流控制器，所述电流控制器被配置成接收电流振荡的指示，并确定用于调制时变电压参考信号的衰减控制信号。电流控制器可以是振荡衰减模块的一部分。电流控制器可以包括比例-积分控制器，不过可以使用其它类型的控制器。
在一些实施例中，控制设备可以包括限制器，所述限制器用于限制衰减控制信号的值，以便不超过预定极限。预定极限可以是固定的，或者在一些实施例中，预定极限可以随时间变化。
附图说明
现在参照附图，只通过示例描述本发明，图中：
图1为一示例中HVDC电力传输/配电网的示意图；
图2a和2b为当分别用半桥MMC VSC和全桥MMC VSC激励DC链时可能经历的电压振荡的示意图；
图3为根据本发明的实施例用于VSC的控制设备的示意图；
图4a-4d为电压参考信号的不同示例的示意图；以及
图5a和5b为本发明的实施例可能会经历的仿真的DC电压的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及用于HVDC电力传输的电压型变换器(VSC)的控制、尤其是用于两个或更多个VSC之间的DC链的启动的方法和设备，这缓解DC链上的电压振荡的问题。
图1所示为HVDC电力传输/配电网100的示例的示意图。第一VSC 101a连接至第一AC***102a，第二VSC 101b连接至第二AC***101b。第一VSC和第二VSC由DC链103连接，在此示例中，这包括相反极性DC+和DC-的DC线路。但是，要理解，其它布置是可能的，包括单极传输。第一VSC和第二VSC可以是换流站的一部分，在一些安装中，可以相对离得很远。因此，DC链103可以包括传输线，诸如架空传输线或埋地或海底电缆，在一些示例中，其长度可能有许多千米。
HVDC网络可以包括只有第一和第二VSC 101a和101b的点对点链接。然而，在一些应用中，可以有超过两个VSC，他们全部连接至相同的DC电网。因此，如图1中图示的，可以有至少第三VSC 101c，其由DC传输线连接至第一和第二VSC 101a和101b的至少一个。第三VSC101c本身连接至AC***102c，在一些实施例中，这可以与AC***102a或102b之一相同或者为不同的AC***。
有时可能需要启动或重新启动HVDC网络100，例如在初始启动网络或故障之后。通常，本领域技术人员会理解，要启动HVDC网络，至少一个AC网络会是操作的，但连接至DC链103的所有VSC将处于阻断状态，不操作。
在典型的启动过程中，使用VSC之一比如第一VSC 101a在其它VSC启动之前对DC链充电。因此，与第一VSC 101a关联的任何DC断路器或其与DC链的连接可以被闭合。第一VSC101a然后可以被去阻断，在电压控制模式中启动，以激励DC链103的传输线。连接至DC链103的其它VSC至少初始保持在阻断状态。这意味着在对于第一VSC 101a的DC链的近端生成DC电压。DC链的其它端即在被阻断的VSC的远端实际上是开路。
已经发现，这种启动方案可能导致DC链中，特别是在DC链的远端不期望的电压振荡。
图2所示为针对例如具有第一VSC 101a和第二VSC 101b的点对点HVDC***的仿真启动，在激励变换器处和在阻断变换器处经历的DC电压。在此示例中，第一VSC 101a被去阻断，并用来对DC链充电，而第二VSC 101b保持在阻断状态。
图2a示出DC电压(p.u.)相对时间的仿真结果，其中，第一VSC101a即激励变换器为半桥MMC。对于半桥MMC，开关布置使得DC链103可以被充电到在第一VSC处接收的峰值AC电压的幅值，原因是DC线路可以经由半桥单元的二极管被充电。因此，在第一VSC被去阻断的时刻，DC链被部分地充电到此峰值AC电压。DC链的电压然后可以通过第一VSC的操作被升高到标称操作电压。从图2a能够看出，在激励变换器处DC链的电压从初始部分充电的电压上升到标称电压。不过，这导致在DC链的远端即在阻断的第二VSC 101b处显著的电压振荡。从图2a能够看出，此电压振荡可能导致电压幅值明显大于DC链的标称电压。这是不期望的。
图2b所示为DC电压(p.u.)相对时间的仿真结果，其中，第一VSC 101a即激励变换器是全桥MMC。在此示例中，在第一VSC被去阻断的时刻，DC链会基本上为零伏，因此在近端即在第一VSC 101a处DC链的电压从零斜坡上升到标称。从图2b能够看出，这导致在DC链的远端显著的电压振荡，峰值幅值大大地超过标称DC电压。
为了降低电压振荡的程度，可以使在第一VSC即激励变换器处的电压从起始值随时间斜坡上升到标称值。通过更渐进地增大DC线路的电压，在远端经历的振荡可以被降低。不过，保持电压幅值在可接受的限制内可能需要使用相对慢慢渐进的电压斜坡，结果这可能需要相对长的时间达到标称电压。在故障之后重新启动HVDC网络时，通常希望尽可能快地返回正常操作，适当的电压斜坡所需的时间特别是针对起始电压是零的全桥VSC，可能过于长。
本发明的实施例因此提供用于控制电压型变换器以激励DC链的方法和设备，其至少缓解上文提到的至少一些问题。根据一个实施例，所述方法包括基于电压命令控制电压型变换器以在DC链上生成DC电压。电压命令基于时变电压参考信号，时变电压参考信号具有随时间变化的变化率。时变电压参考信号的变化率变化，使得在激励DC链的时段期间，电压命令的增长率随时间减小。通常，这意味着时变参考信号的变化率会随时间减小，例如斜坡发生器可以改变斜坡信号的斜率以减小斜率。
注意，如本文中使用的术语随时间变化的变化率表示在DC线路的激励期间，有至少第一(非零)变化率和至少第二(非零)变化率，例如，在参考信号达到标称值之前，电压参考信号呈现不同且非零梯度的至少两个不同的斜率。因此，以单个斜率斜坡上升到标称值然后完全停止斜坡上升的斜坡信号是变化率变化的时变电压信号(实际上是具有单个变化率的时变信号，之后是非时变信号)。
已经认识到在此启动方案期间，在DC链的远端即在第二VSC处可能有电压振荡。还认识到，在DC链的远端的电压振荡可以至少部分地取决于在DC链上电压的增长率。通过使用当DC链被激励时变得更加渐进的电压斜坡，能够降低在DC链的远端经历的最大电压。
图3所示为本发明的一个实施例的示意图。图3所示为电压命令生成模块300，其用于生成电压命令Vord，电压命令Vord用于控制DC链的启动和充电期间VSC的电压。电压命令基于电压参考信号RV。在本发明的实施例中，电压参考信号RV是时变信号，诸如斜坡信号，以便在VSC去阻断时，将由第一VSC生成的电压随时间从起始电压提高到标称电压。电压命令生成模块因此可以具有电压参考生成模块301，其用于生成电压参考信号RV。
在一些实施例中，时变电压参考信号可以是斜坡信号，斜坡信号从起始值斜坡上升到与标称操作电压对应的值。在图3的示例中，电压参考生成模块301因此包括生成适当的斜坡信号的斜坡发生器306，斜坡信号相加到指示当VSC被去阻断时DC链的起始电压即预充电电压的值P，该值例如对于全桥MMC可以是零，对于半桥MMC可以等于峰值AC电压。
可以生成从起始值到标称值具有单个连续斜率即值随时间的增长率的斜坡。图4a所示为例如对于半桥MMC电压参考信号RV可以随时间变化的方式的示意图。参考信号在值P处开始，值P指示DC链已经被预充电到的电压。电压参考信号值然后在某个时间上持续斜坡上升，直到在时间tn达到标称电压。对于全桥MMC，起始电压可以为零，因此，电压参考信号可以如图4b中图示的从零持续地斜坡上升，在时间tn达到标称电压。显然，相比半桥MMC，全桥MMC要求参考信号的更大的增长率即斜率，以在从去阻断变换器的相同时间tn达到标称电压。
不过，在本发明的实施例中，增长率随时间变化，即斜坡信号的斜率可以随时间变化。使用增长率随时间变化的时变信号可以有助于降低达到标称操作电压的总时间。
如上文提到的，通常希望在故障之后能够尽可能快地重新启动电力网络。本发明的实施例因此在激励DC链的初始阶段使用更快速的电压增长率。当DC电压电平增长到在标称电压的某个比例内时，电压命令的变化率可以被降低，使得任何电压振荡的幅值也可以降低，因此将远端的电压保持在安全限制内。以此方式，DC链可以被相对快速地激励，而不经历不可接受的电压电平。相比花相同时间激励DC链但使用电压参考信号的单个变化率的方案相比，经历的最大电压可以被降低。
因此，斜坡信号的斜率(或梯度)可以随时间减少。换言之，当第一VSC初始被去阻断时，可以使用相对高的斜率，即随时间的相对快的增长率。如上文提到的，更快速的变化率可能导致更大量的电压振荡，但在启动过程的早期阶段，电压会围绕相对低的值(即电压的DC分量相对较低)振荡，因此，在DC链远端的峰值电压幅值不可能超过标称操作电压。然而，当电压的DC分量增大时，增长率可以被降低，以便降低任何电压振荡的程度。
图4c和4d所示为根据本发明的实施例可以分别针对半桥MMC和全桥MMC生成的具有多个斜率的时变电压参考信号的示意图。如图4c图示的，半桥MMC的参考信号在值P开始，值P指示DC链已经被预充电到的电压(如上文讨论的)。初始从变换器被去阻断时到时间t1(这可根据时间或等效地根据预定的电压值确定)，电压参考信号以相对较高的第一斜率斜坡上升，即对应于电压随时间的相对快速的增长率。在时间t1，斜率降低到较慢的增长率。这意味着当电压命令接近标称操作电压时，电压的增长率相对较低，因此不可能诱发更显著的振荡。在时间t2，达到标称操作电压。图4d所示为可能适合全桥MMC的参考信号的示意图，其中，DC链的起始电压可以为零。再一次，当变换器被去阻断时，电压参考信号以相对高的第一斜率斜坡上升，即对应于电压随时间的相对快速的增长率。在时间t1，这可以对应于在去阻断之后的预定时间或预定的参考信号值，斜率降低到较慢的增长率。在此示例中，在时间t2，斜率再次减小，在时间t3达到标称电压。以此方式使用多个斜率可以允许更快地和/或以比使用单个斜坡斜率的情况更低的幅值电压振荡达到标称电压。
当然要认识到，图4c和4d所示为基本为连续斜率的时段的示意图。替代性地，可以持续地改变电压参考信号的变化率，使得电压参考信号值随时间的绘图可以基本上是曲线的。可以根据需要选择电压参考信号随时间的值的特定变化函数，在一些实施例中，该函数在使用中是可配置的。
在一些实施例中，对于其变化的时段的至少一部分，电压参考信号值可以以步进方式变化。随时间的平均变化率可以保持恒定，以有效地提供单个斜率，或在一些实施例中，阶跃变化的值和/或阶跃变化之间的时段可以变化以提供变化的增长率。
还要认识到，将时变电压参考信号描述为值随时间增加，当然可以具有负斜坡，或减小的值，例如从一个值中减去以提供电压命令。在一些实施例中，时变电压参考信号还可以是正和负斜坡率的组合。
在一些实施例中，通过衰减在近端即在激励变换器处的电流振荡，可以实现在DC链的远端DC电压中的振荡的进一步降低。因此，在第一VSC即激励VSC处的DC电流可以被监测以确定DC电流中任何振荡的程度。电流控制回路然后提供衰减控制信号，衰减控制信号用于修改用来控制电压型变换器的电压命令。
再参照图3，在一些实施例中，还有振荡衰减模块302，例如控制回路，用于调制电压命令Vord，以便提供任何电压振荡的衰减。在图3图示的示例中，振荡衰减模块确定在第一VSC处的DC电流流动中任何振荡的程度，并调制电压参考信号RV以提供电压命令Vord。
为了提供电流振荡的指示，在第一VSC处的DC电流流动可以被监测并由滤波器303滤波，以分离任何电流振荡的分量。滤波器303可以是带通滤波器，具有的通过频带针对预期的电流振荡在感兴趣的频率处。另外或者替代性地，可使用高通滤波器，例如具有的截止频率是预期的振荡频率大约十的量级低。
在一些实施例中，振荡电流分量，例如滤波器303的输出和参考电流值RI之间的差用作电流振荡的指示。对于DC链的启动，参考电流值通常是零，因此，如果振荡衰减模块302只用于启动，则滤波器的输出可以被直接使用以提供电流振荡的指示。
DC电流振荡的这个指示然后可以输入到电流控制器304。电流控制器确定用于调制时变参考信号RV的适当的衰减控制信号D，以得出提供衰减的电压命令Vord。例如，电流控制器可以是如本领域技术人员会理解的比例-积分(PI)控制器。不过，实际上可以使用其它类型的电流控制器，即其它控制技术。电流控制器304的输入实际上是指示DC电流中的任何不期望的电流振荡的程度的误差信号。控制器因此确定要施加给电压命令的适当的校正信号。电流控制器因此是振荡衰减电流控制反馈回路的一部分。
在一些实施例中，可能期望限制用于振荡衰减所施加的电压校正的量。例如，对于半桥MMC，电压命令应当不低于由VSC接收的AC电压的峰值电压。因此，施加的电压校正的量可以由限制器305限制，使得产生的电压命令保持有效。换言之，可以限制衰减控制信号D的最大(或最小，取决于确切实现方式)幅值。如果衰减控制信号D不超过相关极限，则其可以被直接使用，不过，如果其超过相关极限，则信号可以限制到最大可允许值。
在一些实施例中，由限制器305施加的(若干)限制可以是固定的，即非可变的，例如基于特定VSC预定的。不过，在一些实施例中，由限制器305施加的(若干)限制可以随时间动态变化。例如，限制器可以允许在启动过程中比在随后的稳态操作中施加的更大量的电压校正。
振荡衰减模块302因此确定在第一VSC处DC电流中的任何振荡的程度，并确定适当的衰减控制信号D，该信号D调制电压命令Vord以衰减电流振荡，因此，衰减在DC链的远端的电压振荡。
在图3的示例中，电压衰减控制信号与电压参考信号RV组合，例如通过将两个信号相加，以提供电压命令。如上文提到的，随时间更渐进地提高DC链的电压会降低在DC链的远端的振荡的量。不过，振荡衰减模块302的存在意味着达到标称电压的总时间可能比电压振荡的给定公差的情况更快。换言之，振荡衰减模块与具有随时间变化的斜率的时变电压参考信号的结合提供对任何电压振荡的良好控制，同时还相对更快地达到标称操作电压。
如上文提到的，电压参考信号然后与衰减控制信号组合，并用来生成电压命令Vord。电压命令然后提供至VSC的开关控制307以控制VSC的操作。
因此要理解，图3中图示的电压命令生成模块300因此是控制VSC的单元的开关的VSC的控制设备的一部分。本发明的实施例的方法因此控制VSC本身的操作，并且不需要外部部件，诸如有源滤波器。
应当注意，在提到VSC的控制设备(例如电压命令生成模块300、振荡衰减模块302或电压参考生成模块301)时如本文中使用的术语“模块”指在使用中执行陈述的目的的功能单元。除非另外指定，否则模块可以实现为硬件模块或软件模块或两者的组合。软件模块表示模块由执行作为机器可读代码存储的指令的适当处理器实现。模块可以包括至少一些专用电路和/或专用处理器，不过另外或替代性可以利用一些通用处理器或FPGA阵列等等。一些元件可以在模块之间和/或图3中所示的模块和VSC的一些其它部件之间共享，提到模块并不要求模块的部件在物理上共同定位。同样，滤波器303、电流控制器304、限制器305和斜坡发生器306可以各自由硬件或软件或两者的组合实现，并且可以包括至少一些专用电路和/或专用处理器，不过另外或替代性地可以利用一些通用处理器或FPGA阵列等等。
为了示范各个实施例的原理，对第一VSC和第二VSC之间的点对点HVDC链(例如图1中图示的VSC 101a和VSC 101b之间的链接)的启动进行仿真，其中，如参照图3在上文描述的，激励VSC被启动。
图5a所示为DC电压随时间变化的方式的示意图，其中，第一VSC是半桥MMC，其被去阻断，并用来激励DC链(并且第二VSC保持阻断)。能够看出，与图2a中图示的结果相比，任何电压振荡的程度被基本上降低，经历的最大电压幅值基本上不大于标称操作电压。
图5b所示为仿真结果的示意图，其中，第一VSC是全桥MMC，其被去阻断，并用来激励DC链，所述第一VSC具有多个斜率的斜坡信号用于电压参考信号。再次，能够看出，与图2b中图示的结果相比，任何电压振荡的程度基本上降低，经历的最大电压幅值不大于标称操作电压。
因此，通常，本发明的实施例涉及用于控制VSC的方法和设备，这允许对HVDC的DC链相对快速地充电。通过使用时变电压参考信号生成电压命令，并且还通过施加电流振荡衰减，在充电期间DC链的峰值电压幅值能够保持在可接受的极限内，同时不需要过于缓慢的启动过程。对于电压参考信号多个斜率的使用能够帮助降低达到标称电压所需的时间，同时避免电压显著地高于标称电压。
实施例还涉及高压直流传输***，包括连接至DC链的至少第一电压型变换器和第二电压型变换器。在启动或重新启动时，第一VSC可以被去阻断，并如上文描述的操作，同时第二VSC保持在阻断状态。在DC链已经被充电之后，第二VSC(或任何其它VSC)可以被去阻断。
主要参照MMC类型的VSC描述了上面的实施例。所述方法和设备可应用于任何类型的VSC，因为所述方法只生成适当的电压命令。
应当注意，上文提到的实施例图解说明而不是限制本发明，在不偏离所附权利要求的范围下，本领域技术人员能够设计许多替代性实施例。词语“comprising(包括)”并不排除除了权利要求中列出的那些之外的元件或步骤的存在，“a(一)”或“an(一)”并不排除多个，单个特征或其它单元可以实现权利要求中陈述的几个单元的功能。权利要求中的任何附图标记不解读为限制其范围。

Claims (15)

1.一种控制电压型变换器以激励DC链的方法，包括：
基于电压命令，控制所述电压型变换器以在所述DC链上生成DC电压；
其中，所述电压命令基于时变电压参考信号并且电压参考信号的变化率随时间变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时变电压参考信号的变化率随时间减小。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述时变电压参考信号包括斜坡信号，所述斜坡信号具有随时间变化的斜率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述电压型变换器初始被去阻断时，所述斜坡信号从与所述DC链的电压对应的初始值斜坡上升到与所述DC链的标称电压对应的最终值。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中，所述斜坡信号在第一时段具有第一斜率，在所述第一时段之后的第二时段具有第二斜率，其中，相比所述第一斜率，所述第二斜率减小。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述斜坡信号达到预定阈值时，所述第二时段开始。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中，在所述第二时段之后存在至少一个附加时段，其中，在每个时段中，所述斜坡信号的斜率从之前时段中的斜率减小。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括监测DC电流流动，以确定电流振荡的指示；以及
基于所述时变电压参考信号和DC电流流动的指示，生成所述电压命令。
9.根据权利要求8所述的方法，包括由所述电流振荡的指示调制所述时变电压参考信号，以提供振荡衰减。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中，通过对指示DC电流流动的信号滤波，确定所述电流振荡的指示。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，对指示DC电流流动的信号滤波包括应用带通滤波器和高通滤波器中的至少一个。
12.一种启动HVDC***的方法，所述HVDC***包括由DC链连接至至少第二电压型变换器的第一电压型变换器，所述方法包括：
去阻断所述第一电压型变换器，并根据任一前述权利要求所述的方法控制所述第一电压型变换器，同时将所述第二电压型变换器保持在阻断状态；以及
随后去阻断所述第二电压型变换器。
13.存储在非瞬态存储介质上的机器可读代码，所述代码包括用于使适当的处理器执行权利要求1至11中任一项所述的方法的指令。
14.用于控制电压型变换器以激励DC链的控制设备，包括：
电压命令生成模块，所述电压命令生成模块用于基于时变电压参考信号生成电压命令，所述电压命令用于控制所述电压型变换器在所述DC链上生成DC电压；以及
电压参考模块，所述电压参考模块用于生成所述时变电压参考信号，其中，电压参考信号的变化率随时间变化。
15.根据权利要求14所述的控制设备，其中，所述电压参考模块包括用于生成斜坡信号的斜坡发生器，所述斜坡信号具有随时间减小的斜率。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6049960B1 (ja) * 2016-08-01 2016-12-21 三菱電機株式会社 電力制御システム、および制御装置
CN106953349B (zh) * 2017-04-27 2019-06-21 南京南瑞继保电气有限公司 一种用于柔性直流输电***孤岛启动的方法
US11121637B2 (en) 2017-09-11 2021-09-14 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and power conversion system including a power converter capable of converting between alternating-current (AC) power and direct-current (DC) power
FR3098665B1 (fr) * 2019-07-09 2021-07-30 St Microelectronics Rousset Procédé de gestion du démarrage d’une boucle à verrouillage de phase, et circuit intégré correspondant
FR3099858B1 (fr) * 2019-08-05 2021-09-17 Inst Supergrid Procédé de supervision d’une installation HVDC
CN111082449B (zh) * 2020-01-08 2021-04-20 许继集团有限公司 风电场柔性直流接入***及启动控制方法、装置
FR3112044B1 (fr) * 2020-06-24 2023-10-27 St Microelectronics Rousset Procédé de gestion du démarrage d’une boucle à verrouillage de phase, et circuit intégré correspondant
US11467551B2 (en) * 2021-01-15 2022-10-11 University Of Tennessee Research Foundation Power electronics converter based transformer emulator
US11923666B2 (en) 2021-01-15 2024-03-05 University Of Tennessee Research Foundation Scalable reconfigurable apparatus and methods for electric power system emulation
US11754637B2 (en) 2021-03-10 2023-09-12 University Of Tennessee Research Foundation Power system component testing using a power system emulator-based testing apparatus

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5677852A (en) * 1992-09-15 1997-10-14 Asea Brown Boveri Ab Method and arrangement for detecting and damping transcient oscillations at or near a natural resonant frequency in a power transmission system
JP2004088862A (ja) * 2002-08-26 2004-03-18 Toshiba Corp 自励式電力変換装置
US20080304300A1 (en) * 2007-06-06 2008-12-11 General Electric Company Power conversion system with galvanically isolated high frequency link
WO2009086927A1 (en) * 2008-01-08 2009-07-16 Abb Technology Ag A method for controlling a voltage source converter and a voltage converting apparatus
CN102870309A (zh) * 2010-02-04 2013-01-09 夸祖鲁纳塔尔大学 便于设计高压（hvdc）控制***的方法和***、hvdc***和优化hvdc***的方法
CN103391038A (zh) * 2012-05-09 2013-11-13 西门子公司 用于衰减轴振荡的方法和布置
WO2014056742A2 (en) * 2012-10-10 2014-04-17 Abb Technology Ag Controlling a mocular converter
CN104022523A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 国网上海市电力公司 一种高压直流三极输电***调制极电压电流极性控制方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE514920C2 (sv) * 1997-03-24 2001-05-14 Abb Ab Elkraftanläggning med lik- och växelspänningsnät innefattande detektering av obalanstillstånd hos strömriktare
US7339287B2 (en) * 2002-06-23 2008-03-04 Powerlynx A/S Power converter
EP1750361A1 (en) * 2005-08-03 2007-02-07 ABB Research Ltd Multilevel converter arrangement and use thereof
BRPI0621419B1 (pt) * 2006-01-18 2018-02-06 Abb Technology Ltd Sistema de transmissão e método para o seu controle
WO2008110211A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 Abb Technology Ag Method and arrangement to reverse the power flow of a direct current power transmission system
CN102986110B (zh) * 2010-06-30 2016-02-17 Abb技术有限公司 多端dc输电***和方法以及用于其控制的装置
US8598861B2 (en) * 2011-12-19 2013-12-03 O2Micro Inc. Circuit and method for providing a reference signal
US9270119B2 (en) * 2013-05-24 2016-02-23 Eaton Corporation High voltage direct current transmission and distribution system
CN203658523U (zh) * 2013-12-18 2014-06-18 上海思瑞在线监测技术有限公司 基于振荡波测试的电缆绝缘检测设备
US9568927B2 (en) * 2014-05-06 2017-02-14 Stmicroelectronics, Inc. Current modulation circuit
US9774811B1 (en) * 2016-09-27 2017-09-26 Omnivision Technologies, Inc. Ramp signal generator for double ramp analog to digital converter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5677852A (en) * 1992-09-15 1997-10-14 Asea Brown Boveri Ab Method and arrangement for detecting and damping transcient oscillations at or near a natural resonant frequency in a power transmission system
JP2004088862A (ja) * 2002-08-26 2004-03-18 Toshiba Corp 自励式電力変換装置
US20080304300A1 (en) * 2007-06-06 2008-12-11 General Electric Company Power conversion system with galvanically isolated high frequency link
WO2009086927A1 (en) * 2008-01-08 2009-07-16 Abb Technology Ag A method for controlling a voltage source converter and a voltage converting apparatus
CN102870309A (zh) * 2010-02-04 2013-01-09 夸祖鲁纳塔尔大学 便于设计高压（hvdc）控制***的方法和***、hvdc***和优化hvdc***的方法
CN103391038A (zh) * 2012-05-09 2013-11-13 西门子公司 用于衰减轴振荡的方法和布置
WO2014056742A2 (en) * 2012-10-10 2014-04-17 Abb Technology Ag Controlling a mocular converter
CN104022523A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 国网上海市电力公司 一种高压直流三极输电***调制极电压电流极性控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刁冠勋，等: ""适用于风电并网的模块化多电平柔性直流启动控制技术"", 《电力***自动化》 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016146341A1 (en) 2016-09-22
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