CN109861269A - 一种分布式直流耗能装置的投切控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式直流耗能装置的投切控制***及方法,投切控制***将柔性直流输电***所需的耗能功率平均分配到每个子模块中,在每个子模块内部增加一个耗能组件,每个耗能组件由开关器件与耗能电阻串联构成;当风电柔性直流送出***发生受端交流故障时,出现直流侧***电压升高,投入一定数量的耗能电阻,通过耗能电阻消耗盈余功率,维持***的短时稳定;待故障恢复后,退出对应的耗能电阻,完成柔性直流输电***的故障穿越。本发明能够实现受端交流故障的穿越,同时相对于其他集中型式的耗能装置,本发明能够大幅降低故障发生至故障恢复过程的功率波动,提高***稳定性及可靠性。
Description
技术领域
本发明属于直流输配电领域,具体为一种分布式直流耗能装置的投切控制***及方法。
背景技术
柔性直流输电***相对于常规的直流输电***,能够在不改变电压极性的情况下通过反转电流方向来实现潮流反转,具有较高可靠性的柔性直流输电和柔性直流电网***,最显著的特点在于能实现多电源供电和多落点受电,为电力***提供一种更灵活、快捷的输电方式。
大容量、远距离的风电场、光伏电站等新能源发电***,适合通过柔性直流输电的方式进行能量送出,具备***稳定、运行方式灵活,有功及无功独立控制等诸多优点。
同时,海上风电的柔性直流送出也是目前行业的研究热点。通过柔性直流输电传输风电场的电能,风电场一端的柔性直流换流阀应该采用定交流电压控制方式,为风电场提供稳定的交流电压。因此,该换流站不能控制传输功率,传输功率由风电场的发电功率决定。
如果受端换流站发生故障,则不能继续接受功率,由于此时输电***不能直接限制送端功率,便会造成送受端功率不平衡,导致直流电压升高,引起直流过压保护。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题,提供一种分布式直流耗能装置的投切控制***及方法,能够降低故障穿越过程中的功率波动,提高***的稳定性及可靠性。
为了实现上述目的,本发明分布式直流耗能装置的投切控制***,包括设置在柔性直流输电***每个子模块内部的耗能组件,柔性直流输电***所需的耗能功率平均分配到每个子模块中;所述的每个耗能组件由开关器件与耗能电阻串联构成,每个子模块中的耗能组件与子模块放电电阻并联;当***发生受端交流故障时,通过开关器件控制耗能电阻投入,耗能电阻消耗盈余功率,维持***的短时稳定,当故障恢复后通过开关器件控制耗能电阻退出。
柔性直流输电***子模块包括相互并联的IGBT元件支路、电容支路以及放电电阻支路。
所述耗能组件中的开关器件采用全控型电力电子器件。
本发明分布式直流耗能装置投切控制***的控制方法,包括不分先后的以下步骤:
通过PI控制器进行定直流电压控制,PI控制器的输出量为耗能组件的投入数;
检测当前时刻送端换流器的传输功率,按照每个耗能组件的耗能功率,折算出所需要投入的耗能组件组数,将该耗能组件数设置为PI控制器的积分环节初始值;
PI控制器的指令值为额定直流电压标幺值,反馈值为直流电压测量标幺值;当直流电压达到过电压临界值,使能PI控制器;当直流电压降低至退出临界值,禁止PI控制器。
优选的,在PI控制器确定耗能组件的投入数时,通过进行排序均压控制对柔性直流输电***投入耗能组件的子模块进行选择。所述的排序均压控制为对单个桥臂的全部子模块电容电压进行采集,并且从电压最高到电压最低进行,最后,按照PI控制器输出的耗能组件投入数,选取电压最高的子模块投入至耗能组件。耗能组件的总功率根据传输功率设定。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:应用于具有分布式直流耗能装置的模块化换流器中,具体由PI控制器及调制器构成。通过PI控制器进行定直流电压控制,控制器的输出量为耗能组件投入数。检测送端换流器当前时刻的传输功率,按照每个耗能组件的耗能功率,可折算出需要投入的耗能组件组数。将该耗能组件数设置为控制器的积分环节初始值。控制器的指令值为额定直流电压标幺值,反馈值为直流电压测量标幺值。当直流电压达到过电压临界值,使能控制器;当直流电压降低至退出临界值,禁止控制器。按照上述控制策略对分布式耗能装置进行投入,能够实现受端交流故障的穿越,同时相对于其他集中型式的耗能装置,本发明能够大幅降低故障发生至故障恢复过程的功率波动,提高***稳定性及可靠性。本发明的控制***能够通过处理器执行指令实现分布式直流耗能装置的投切控制方法,为模块化多电平换流器(MMC)等模块化级联的换流器设备提供了有效的解决方案。
附图说明
图1本发明具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***图;
图2本发明配置耗能组件的换流阀子模块拓扑图;
图3本发明的投切控制策略框图;
附图中:1-海上换流站;2-陆上换流站;3-电缆;4-交流电网;5-耗能组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1-2,本发明的分布式直流耗能装置集成于换流器内部,在每个子模块内部增加一个耗能组件5,将柔性直流输电***所需的耗能功率平均分配到每个子模块中。每个耗能组件5由开关器件T3与耗能电阻R2串联构成,耗能组件5可以直接并联在子模块电容C两端。考虑到对开关动作的要求,宜采用全控型电力电子器件。当风电柔性直流送出***发生受端交流故障,直流侧***电压升高,可以投入一定数量的耗能电阻,通过耗能电阻消耗盈余功率,维持***短时稳定。待故障恢复后,退出对应耗能电阻,完成***的故障穿越。
本发明的具体控制方法为:
通过PI控制器进行定直流电压控制,控制器输出量为耗能组件投入数。检测送端换流器当前时刻的传输功率,按照每个耗能组件的耗能功率,可折算出需要投入的耗能组件的组数。将该耗能组件数设置为控制器的积分环节初始值。控制器的指令值为额定直流电压标幺值,反馈值为直流电压测量标幺值。当直流电压达到过电压临界值,使能控制器;当直流电压降低至退出临界值,禁止控制器。由于控制器输出为耗能组件投入数,需要进行排序均压控制对投入耗能组件的子模块进行选择。排序均压控制为对单个桥臂的全部子模块电容电压进行采集,从电压最高到电压最低进行,按照控制器输出的耗能组件投入数,选取电压最高的子模块投入耗能组件。排序均压功能是柔性直流换流器控制的基本功能,无需额外占用资源,本发明的投切控制策略,占用控制硬件资源很少。虽然耗能功率较大,但考虑控制器的控制周期时间短,投入的耗能组件保持较高频率的轮换,能够保持子模块电容电压的均衡。
实施例
本发明设定实施例为双端柔性直流输电送出***,直流电压为±320kV,传输功率为1000MW,每个桥臂的子模块数314个(含冗余子模块23个),每个子模块额定电压为2200V。
配置PI控制器进行定直流电压控制,控制器输出量为耗能组件投入数。
参见图3,图中的n为耗能组件投入数,m为子模块调制指令。通过检测送端换流器当前时刻的传输功率,按照每个耗能组件的耗能功率,可折算出需要投入的耗能组件组数。将该耗能组件数设置为控制器的积分环节初始值。耗能装置的总功率应按照传输功率进行设定,即1000MW,不考虑冗余子模块,每个子模块耗能组件的耗能功率应为1000MW/291/6≈0.573MW。若当前***半载运行,则送端换流站传输功率为500MW,为抵消盈余功率,需要投入的耗能组件为500MW/0.573MW≈145,因此,控制器的积分环节初始值应设置为145。控制器的指令值为额定直流电压标幺值(1p.u.),反馈值为直流电压测量标幺值,即为测量电压值除以640kV。当直流电压达到过电压临界值,使能控制器;当直流电压降低至退出临界值,禁止控制器。过电压临界值可取1.16pu,即740kV,退出临界值可取1.04pu,即660kV,临界值需要根据直流电压保护值与控制效果进行调整。按照上述控制策略对分布式耗能装置进行投入,能够实现受端交流故障的穿越,同时相对于其他集中型式的耗能装置,本发明能够大幅降低故障发生至故障恢复过程的功率波动,提高***稳定性及可靠性。
以上给出了具体的实施方式,但本发明并不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案,对本领域普通技术人员而言,根据本发明的教导,设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种分布式直流耗能装置的投切控制***,其特征在于:包括设置在柔性直流输电***每个子模块内部的耗能组件,柔性直流输电***所需的耗能功率平均分配到每个子模块中;所述的每个耗能组件由开关器件与耗能电阻串联构成,每个子模块中的耗能组件与子模块放电电阻并联;当***发生受端交流故障时,通过开关器件控制耗能电阻投入,耗能电阻消耗盈余功率,当故障恢复后通过开关器件控制耗能电阻退出。
2.根据权利要求1所述分布式直流耗能装置的投切控制***,其特征在于:所述的柔性直流输电***子模块包括相互并联的IGBT元件支路、电容支路以及放电电阻支路。
3.根据权利要求1或2所述分布式直流耗能装置的投切控制***,其特征在于:所述耗能组件中的开关器件采用全控型电力电子器件。
4.一种基于权利要求1所述分布式直流耗能装置的投切控制***的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过PI控制器进行定直流电压控制,PI控制器的输出量为耗能组件的投入数;
检测当前时刻送端换流器的传输功率,按照每个耗能组件的耗能功率,折算出所需要投入的耗能组件组数,将该耗能组件数设置为PI控制器的积分环节初始值;
PI控制器的指令值为额定直流电压标幺值,反馈值为直流电压测量标幺值;当直流电压达到过电压临界值,使能PI控制器;当直流电压降低至退出临界值,禁止PI控制器。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于:在PI控制器确定耗能组件的投入数时,通过进行排序均压控制对柔性直流输电***投入耗能组件的子模块进行选择。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于:所述的排序均压控制为对单个桥臂的全部子模块电容电压进行采集,并且从电压最高到电压最低进行,最后,按照PI控制器输出的耗能组件投入数,选取电压最高的子模块投入至耗能组件。
7.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于:耗能组件的总功率根据传输功率设定。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190607 |
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