CN110603704B - 基于vsc的hvdc换流器的dc电流控制 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种控制电压源换流器（VSC）站中的直流DC电流的方法，其中VSC站包括至少一个模块化多电平换流器（MMC），包括例如全桥MMC（FB‑MMC）子模块。该方法包括：确定DC电流参考，并基于DC电流参考使用DC电流控制器参考来确定DC电压校正。该方法还包括：基于DC电压校正与实际DC电压和有序DC电压中的至少一个之和来生成DC电压参考。该方法包括基于DC电压参考切换至少一个MMC。该方法包括确定电力传输***中是否已经发生DC故障，以及在确定DC故障已经发生的基础上，通过所述切换将DC故障电流控制为零或接近于零。本公开还提供一种VSC站，包括执行该方法的控制器和包括至少一个此类VSC站的高压电力传输***。

Description

基于VSC的HVDC换流器的DC电流控制
技术领域
本公开涉及控制电压源换流器(VSC)站的领域。特别地，本公开涉及控制具有一个或多个模块化多电平换流器(MMC)的VSC站的领域。
背景技术
高压电力传输***中使用的电压源换流器(VSC)站可以包括具有串联连接的电池或子模块的一个或多个模块化多电平换流器(MMC)。这些换流器一般使用电容器作为储能元件。在这种换流器中，具有以总单元电容器电压或换流器能量形式存在的额外控制变量。其它控制变量可以对应于无功功率和有功功率/DC电压。
在基于半桥(HB)单元的MMC中，交流(AC)电压大小可以取决于DC电压。结果，可以链接总单元电容器电压和DC电压，并且仅控制其中一个可能就足够了，从而减少控制变量的数量。
然而，在包括一个或多个全桥(FB)单元的MMC中，可以将AC电压和DC电压去耦，从而将总单元电容器电压与DC电压去耦。额外控制变量(总单元电容器电压)需要额外的控制器，使得FB-MMC的控制更加复杂。因此，需要用于此类VSC站的改进控制方法。
发明内容
本公开旨在至少部分地满足上述需求。为此，提供如独立权利要求中限定的控制形成高压电力传输***的一部分的VSC站的方法、VSC站，以及高压电力传输***。进一步的实施例在从属权利要求中提供。
根据本公开的第一方面，提供一种控制形成高压电力传输***的一部分的VSC站中的直流(DC)电流的方法。VSC站可以包括至少一个MMC。该方法可以包括确定DC电流参考。该方法可以包括用DC电流控制器，基于DC电流参考来确定DC电压校正。该方法可以包括基于DC电压校正与实际DC电压(即电网上测得的DC电压，例如，在极和中性线之间测得的DC电压)和有序DC电压(即DC电压顺序)中的至少一个之和来生成DC电压参考。该方法可以进一步包括基于DC电压参考开关至少一个MMC。本文，“切换”MMC可以包括控制阀(其可以基于，例如，绝缘栅双极晶体管IGBT)以特定顺序和特定时序来打开或关闭，以便生成，例如，期望的DC电压和/或期望的(有功)功率。该方法可以进一步包括确定电力传输***中(或上)是否已经发生DC故障。该方法可以进一步包括在确定已经发生DC故障的基础上，通过(至少基于DC电流参考的MMC的)切换来将DC故障电流控制为零或接近于零。
DC电流控制器可以允许通过调节DC电压来控制进入或离开换流器的有功功率。DC电流控制器可以允许通过根据DC电压校正调节DC电压来根据DC电流参考控制DC电流。
由此获得的DC电压的独立控制(不影响AC电压)可以允许在DC侧用于附加控制，例如，以分开地控制AC侧和DC侧上的功率/电流。DC电流控制器可以，例如，在VSC站处于功率控制模式或电压控制模式时均可使用。
例如，可以纯粹通过调节调制指数的DC部分或VSC站中阀臂的DC电压参考来执行DC电压调节。这种调节可以很快，从而允许DC电压和DC功率的快速变化。来自AC侧和DC侧的功率之间的最终不匹配导致的总单元电容器电压的变化(即导致有限总单元电容器电压误差)可能导致AC功率增加或减少，以使总单元电容器电压误差为零，从而匹配AC和DC功率，进而可以达到VSC的操作点。根据本公开的方法可以提供高压传输***的改进的稳态性能，改善瞬态性能并且改善可靠性和可用性两者。
当确定已经发生DC故障时，该方法允许将(DC)故障电流控制为零或接近于零。这可以，例如，避免在此类DC故障期间必须阻塞VSC，这将在本文后面进行描述。如本文所使用的，电流的参考(或电流参考或其它值)“接近于零”可以，例如，表示大小小于几十安培的电流(或电流参考，或其它值)。例如，电流的零值或接近于零值可以包括0+/-30A区间内的电流，或者属于0+/-25A、0+/-20A、0+/-15A或0+/-10A中的一个或多个区间内的电流。在DC故障已经发生时，本方法中控制的DC故障电流的精确值可以足够低，以处理DC故障而不阻塞VSC。
在传统的传输***中，清除DC(线路)故障的已知方法可以包括：如果换流器是基于半桥单元，则安装一个或多个DC断路器；或者，如果换流器是基于全桥单元或具有故障电流阻断能力的其它类型的单元，则阻塞单元。如果故障清除时间的要求允许，也可以通过阻断基于半桥单元的换流器来清除DC故障电流，打开AC断路器并等待DC电流衰减。这些已知技术可能导致换流器成本增加，并且因安装附加DC断路器导致损耗增加和/或站成本增加。根据本公开的方法可以允许在降低换流器成本和损耗的情况下处理DC故障，同时在清除DC线路故障时实现改进***性能并恢复至故障前操作而不必阻塞VSC(一个或多个单元)。
在一些实施例中，将DC故障电流控制为零或接近于零可以包括确定DC电流参考具有零值或接近于零值。可以控制电流以跟随DC参考电流。如前文所述，DC参考电流的零值或接近于零值可以包括小于几十安培的电流值。
在一些实施例中，将DC故障电流控制为零或接近于零可以包括确定DC电流参考至少暂时具有零值或接近于零值。这可以包括，例如，DC电流参考具有至少一个过零点，或者DC电流参考至少暂时接近于零，从而如前所述，使得DC故障电流(可以被控制为跟随DC参考电流)足够小以解决DC故障。
在一些实施例中，在确定已经发生DC故障的基础上，DC电流参考可以具有至少一个正弦电流分量。正弦分量的振幅可以足够大以至少暂时使DC电流参考值为零或接近于零。例如，DC电流参考可以具有恒定分量(可以是非零，或零或接近于零)，以及可以随时间振荡的正弦分量。恒定和正弦分量之和可以使DC电流参考的总值至少暂时为零或接近于零。本文，虽然称为“DC”电流参考，但是可以设想，至少在DC故障期间，DC电流参考可以随时间振荡。
在一些实施例中，该方法可以包括在确定DC故障还未发生的基础上，基于有功功率参考以及实际DC电压和有序DC电压中的至少一个来确定DC电流参考。
在一些实施例中，DC电流可以基于有序DC电流获得。有序DC电流可以基于有功功率参考与实际DC电压的分数来获得。例如，可以通过有功功率参考除以实际DC电压来获得有序DC电流。
在一些实施例中，DC电流参考可以基于有序DC电流的振幅限制来获得。
在一些实施例中，DC电压校正可以由DC电流控制器基于DC电流误差来确定。DC电流误差可以基于DC电流参考和实际DC电流(即DC线上测得的DC电流)之差来获得。
在一些实施例中，DC电压校正可以由DC电流控制器使用比例-积分(PI)控制器/调节器基于DC电流误差来获得。还可以设想，可以使用其它形式的此类控制器/调节器，诸如例如，比例控制器等。
在一些实施例中，在确定DC故障还未发生的基础上，可以确定DC电流参考等于实际DC电流。换句话说，此时DC电流控制器的DC电流误差可以为零。
在一些实施例中，例如，在确定是否已经发生DC故障时，可以通过将有功功率误差加至有序有功功率(即有功功率顺序)来获得有功功率参考(在功率控制端，即在当前控制有功功率的站处)。有功功率误差可以是基于有序有功功率和实际有功功率(即测得的有功功率)之差。
在一些实施例中，该方法可以包括确定VSC站是否处于DC电压控制模式。该方法可以进一步包括在确定VSC站处于DC电压控制模式的基础上，通过对DC电压校正与有序DC电压和实际DC电压中的一个求和来生成DC电压参考。该方法可以，例如，包括对DC电压校正和有序DC电压求和。如果VSC处于DC电压控制中，并且如果，例如，不存在DC故障，则该方法可以，例如，包括使用有序DC电压作为DC电压参考(例如，通过假设DC电压校正为零)。
在一些实施例中，例如，如果确定了是否已经发生DC故障，则该方法可以进一步包括在确定DC故障还未发生的基础上，确定DC电压校正具有零值。可以设想，在这种情况下，可以使用DC电流控制器并且不使用DC电流控制器来获得DC电压校正具有零值的确定。
在一些实施例中，可以在求和之前使用反馈回路并基于DC电压误差来校正有序DC值和实际DC值中的一个。可以基于实际DC电压和生成的DC电压参考之差来获得DC电压误差。例如，当VSC站处于DC电压控制模式时，可以使用反馈回路。
在一些实施例中，有序DC电压可在校正之前进行额定值限制。
在一些实施例中，反馈回路(用于校正有序DC电压)可以包括PI控制器。PI控制器可以对DC电压误差进行操作(即基于DC电压误差来输出有序DC电压的校正值)。
在一些实施例中，该方法可以包括确定VSC站是否处于有功功率控制模式。该方法可以进一步包括在确定VSC站处于有功功率控制模式的基础上，通过对DC电压校正与有序DC电压和实际DC电压中的一个求和来生成DC电压参考。该方法可以，例如，包括对DC电压校正和实际DC电压求和。
在一些实施例中，至少一个MMC的切换也可以基于交流(AC)电压参考。
在一些实施例中，该方法可以包括利用AC电流矢量控制基于总单元电容器电压误差来至少确定d参考(电流)，并基于无功功率误差和AC电压误差中的至少一个来至少确定q参考(电流)。该方法可以包括基于d参考和q参考来确定AC电压参考。单元电容器电压之和可以表示储存在换流器中的能量。通过定义d轴(电流)参考，可以在AC侧控制单元电容器电压之和(经由总单元电容器电压误差)。储存在换流器单元中的能量的上升或下降可表示进入换流器的功率与从换流器输出的功率之间的差。如果输入功率和输出功率相同(忽略损耗)，则总单元电容器电压可以是完整的。
作为示例，单元电容器电压的减小可以表示其中输入功率高于输出功率的情况。如果这种情况继续下去，单元电容器电压可能继续下降，并且换流器可能无法产生足够的AC和DC电压以阻止单元电容器电压进一步降低。利用本公开的方法，可以根据换流器是作为整流器还是逆变器运行来减小或增大d轴(电流)参考，并且可以保持总单元电容器电压。DC侧的DC电流控制器可以继续调节DC电压，以便将DC功率或DC电压保持在其各自的参考值。
在一些实施例中，至少一个MMC的切换还可以基于循环电流控制分量和纹波补偿控制分量中的至少一个。例如，在使用DC电压参考执行转换之前，可以加上/减去循环电流控制分量和纹波补偿控制分量中的一个或两个，或以其它方式将其修改至DC电压参考。
根据本公开的第二方面，提供一种用于高压电力传输***的VSC站。VSC站可以包括至少一个MMC。VSC站可以进一步包括控制器。控制器可以适于通过执行根据本公开第一方面的方法来控制(例如，通过切换)至少一个MMC。控制器可以，例如，适于在电力传输***中/上发生DC故障期间通过根据该方法控制DC电流来控制至少一个MMC。
根据第三方面，提供一种高压电力传输***。传输***可以包括第一换流器站和第二换流器站(其可以经由，例如，DC传输链路连接在一起)。第一换流器站和第二换流器站中的至少一个可以是根据本公开的第二方面的VSC站。
例如，在上述方法、VSC站和/或高压电力传输***的以上方面的一些实施例中，至少一个MMC可以包括至少一个全桥MMC(FB-MMC)子模块。本公开涉及权利要求中所记载特征的所有可能组合。根据第一方面描述的对象和特征可以与根据第二方面和/或第三方面描述的对象和特征进行组合或由其替换，反之亦然。
下面将借助于示例性实施例描述本公开的各种实施例的进一步目的和优点。
附图说明
下面将结合附图来描述示例性实施例。在附图中：
图1示意性地示出根据本公开的AC矢量控制器/方法步骤的实施例；
图2a和2b示意性地示出根据本公开的DC电流控制器/方法步骤的各种实施例；
图3示意性地示出根据本公开的功率参考模块/方法步骤的实施例；
图4示意性地示出根据本公开的DC电压参考模块/方法步骤的实施例；
图5示意性地示出根据本公开的反馈回路/方法步骤的实施例；
图6示意性地示出根据本公开的VSC控制器/控制方法的实施例；
图7示意性地示出根据本公开的VSC站的实施例；以及
图8示意性地示出根据本公开的高压电力传输***的实施例。
在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记将用于相同的元件。除非明确地相反指出，否则附图仅示出说明示例实施例所必需的元件，为了清楚起见，可以省略或仅仅暗示其它元件。如图所示，出于说明的目的，可以夸大元件和区域的尺寸，因此，提供这些元件和区域的尺寸以说明实施例的一般结构。
具体实施方式
参见图2a和2b，现在将在下文中描述根据本公开的DC电流控制器的各种实施例。
图2a示意性地示出DC电流控制器200。DC电流控制器200是DC电流控制器的示例。可以设想，在本公开的一个或多个方法和/或设备和/或装置中提到的DC电流控制器的精确配置还可以具有与例如在图2a和2b示出的配置不同的配置。
DC电流控制器200从DC电流参考212中减去实际DC电流210，以便确立DC电流误差214。使用控制器(例如，假设为技术人员已知的比例-积分控制器)220，DC电流控制器200基于DC电流误差214来生成DC电压校正222。
图2b示出DC电流控制器202的另一实施例。在DC电流控制器202中，元件和值210、212、214、220和222对应于上文中参照图2a图示的DC电流控制器200所描述的那些元件和值。
在DC电流控制器202中，取决于是否确定高压电力传输***(未示出)中已经发生DC故障，DC电流参考212可以不同地确立，其中，含有DC电流控制器202的VSC站连接至该高压电力传输***。DC电流控制器202确定DC故障是否已经发生的能力由选择器260和DC故障指示信号262示出。
如果确定DC故障已经发生，例如，如果DC故障指示信号262指示已经发生DC故障，选择器260进行切换以使DC电流参考212等于值254。值254具有零值或接近于零值，并且因此，DC电流参考212也可以确定为具有零值或接近于零值(如本文前面所定义的，即等于几十安培或更少)。这样，可以使用DC电流控制器202并且至少基于DC电流参考212将(DC)故障电流控制为零或接近于零。
如果确定没有发生DC故障，例如，如果DC故障指示信号262指示没有发生DC故障，选择器260进行切换以使DC电流参考212等于值252。值252对应于通过对有序DC电流(DC电流顺序)242进行振幅限制获得的DC电流参考。振幅限制由限幅器250执行。限幅器250可以，例如，将有序DC电流的振幅限制在特定区间内，诸如例如，在最小电流限制与最大电流限制之间。这些限制的值可以是固定的(并且，例如，由操作员决定)，或者可以动态调整并且取决于，例如，一个或多个***条件。可以设想，振幅限制和限幅器250是可选的。
可以基于有功功率参考230与实际DC电压232之比获得有序DC电流242。在如图2b图示的DC电流控制器202的实施例中，有序DC电流242通过用除法模块240将有功功率参考230除以实际DC电压来获得。可以设想，除法模块240还可以在必要时应用其它变换和/或操作，例如，缩放、移位等。有功功率参考230可以，例如，由VSC站的操作员提供给DC电流控制器202，其中，VSC站包括DC电流控制器202。
使用如图2b图示的DC电流控制器202，DC电流参考212可以取决于是否已经发生DC故障的判断，以有功功率参考230和实际DC电压232为基础，或假设零值254。
通过考虑最终DC故障的可能性，DC电流控制器202可以生成在DC故障的情况下将DC(故障)电流减小至零(或接近于零)所需要的DC电压参考。例如，在发生DC故障的情况下，如果DC电流参考212为零，则DC电流误差214可以等于实际DC电流210的负值。DC电流控制器202可以生成DC电压校正222，其将产生/维持零DC电流。通过在DC故障期间将DC电流控制为零，可以消除阻塞换流器的需求。在DC故障期间，换流器可以继续运行并向AC***供应无功功率。在一些实施例中，如果检测到DC故障并且如果VSC处于，例如，DC电压控制模式，则DC电流参考可以等于实际(测量的)DC电流。然后，输出至DC电流控制器的误差可以是零(或接近于零)。
如本文所述，还可以确定DC电流参考212的值，从而使可以由DC电流控制器220至少基于DC电流参考212控制的DC(故障)电流至少暂时为零或接近于零。这可以，例如，通过确定DC电流参考212至少暂时具有零值或接近于零值(例如，具有至少一个过零点，或接近于零的值)来实现。
如果要维持有功功率参考230(例如，在功率控制下)，DC电流控制器202中使用的有功功率参考230还可以含有换流器站中的一个或多个损耗。图3中提供了说明性示例。在图3的功率参考模块300中，从有序有功功率312中减去实际有功功率310，以便确定有功功率误差320。然后，将有功功率误差320加至有序有功功率312以输出有功功率参考330。有功功率参考330可以，例如，用作图2b中的有功功率参考230。
从DC电流控制器(例如，分别在图2a和2b中示出的DC电流控制器200或201)输出的确定的DC电压校正222可以视为可加至，例如，有序DC电压或者实际DC电压的校正系数，以便生成可以用于，例如，切换换流器站中一个或多个换流器模块(如MMC)的DC电压参考。用于基于，例如，确定的DC电压校正，生成此类DC电压参考的示例性模块将在下文中参照图4进行描述。
在DC电压参考模块400中，考虑换流器的控制模式生成DC电压参考420。控制模式可以，例如，是有功功率控制模式或DC电压控制模式。换流器站的控制模式可以由控制模式指示信号412指示。可以使用选择器410，依赖于控制模式指示信号412不同地生成DC电压参考420。
如果控制模式指示信号412指示换流器(VSC)站的当前控制模式为有功功率控制模式，则选择器410可以设置DC电压参考420等于DC电压参考430。可以通过将DC电压校正442加至实际DC电压440来确定DC电压参考430。还可以设想，信号440可以替代地为有序DC电压。
如果控制模式指示信号412指示换流器(VSC)站的当前控制模式为DC电压控制模式，则选择器410可以设置DC电压参考420等于DC电压参考432。可以取决于是否确定已经发生DC故障来不同地确定DC电压参考432。这可以使用选择器450基于DC故障指示信号452来实现。在正常操作期间，即当DC故障指示信号452指示没有发生DC故障时，可以生成DC电压参考432而不受DC电流控制器的影响。这可以，例如，通过选择器450选择信号460作为其输入来获得，其中，信号460可以具有零值。然后，DC电压参考432可以等于有序DC电压444。还可以设想，信号444可以替代地为实际DC电压。换句话说，如果换流器站在DC电压控制模式下运行，并且在没有DC故障的正常运行期间，生成的DC电压参考420可以没有来自DC电流控制器(即来自DC电压校正442，如由DC电流控制器所确定的)的任何贡献。
如果控制模式是DC电压控制模式，并且如果DC故障指示信号452指示已经发生DC故障，选择器450可以替代地选择DC电压校正442作为其输入，由此，DC电压参考432(以及DC电压参考420)将具有来自DC电流控制器的贡献。然后，DC电压参考420可以是有序DC电压444和DC电压校正442之和。
生成的DC电压参考420可以用于切换VSC站中的一个或多个MMC。DC电压参考420可以，例如，直接馈送至此类一个或多个MMC中的阀。
在DC电压控制站中(即在以DC电压控制模式运行的VSC站中)，DC电压控制可以是开环控制。在干扰期间，总单元电容器电压可能开始偏离其参考值，并且生成的DC电压也可能与其参考值不同。为了解决这些问题，还设想DC电压控制可以包括反馈回路。参照图5描述这种反馈回路的示例。在图5中的反馈回路500中，从生成的DC电压参考512中减去实际DC电压510，以便确定DC电压误差520。将DC电压误差520输入到控制器模块530。控制器模块530可以，例如，是PI控制器，但是，也可以设想可以使用其它类型的控制器模块。控制器模块530基于DC电压误差520确定DC电压校正532。然后，将DC电压校正532加至有序DC电压544，并且将DC电压校正532和有序DC电压544之和作为新DC电压参考550输出。如图5所示，有序DC电压544可以在加至DC电压校正532之前首先进行额定值限制。额定值限制可以由额定值限制模块542执行，对非限制性有序DC电压540进行操作。可以设想，额定值限制可以是可选的。如果不使用额定值限制，有序DC电压544可以等于有序DC电压540。
反馈回路500可以确保在如上所述的干扰期间也能维持DC电压，从而提高换流器站的稳定性(例如，在DC电压控制模式下运行)。
参照图6，现在将更详细地描述根据本公开的用于VSC站的控制***或控制方法的示例。图6中的示例示出一个实施例，其中，DC电流控制器用于在例如DC故障期间控制VSC站内的DC电流。该示例示出DC电流控制器的使用，并且不应理解为限制如本公开中所提供的方法/***的保护范围。
在图6中，控制***/方法600生成DC电压参考658，其考虑(控制***所属的，或者在其中执行相应方法的)VSC站是处于有功功率控制模式还是处于DC电压控制模式，以及DC故障是否已经发生。控制模式由控制模式指示信号656指示，并且DC故障状态由DC故障指示信号626指示。控制模式指示信号656可以用于控制选择器654，并且DC故障指示信号626可以用于控制选择器624和选择器640。基于其各自的指示信号656和626，相应的选择器654、624和640选择被路由至选择器输出的两个输入信号中的一个。虽然图中示出为单独的选择器，但也可以设想一些选择器(例如，选择器624和640)可以组合为单个选择器，等等。
下面使用四种不同的场景描述控制***/方法600。
在第一场景下，VSC以有功功率控制模式运行，并且连接有(或含有)VSC的电力传输***中没有DC故障。因此，选择器654将使用其上输入，选择器640将使用其下输入，并且选择器624将使用其下输入。有功功率参考610除以实际DC电压612，以便确定有序DC电流616。可选地，对有序DC电流进行(振幅)限制(使用如本文前面所述的限幅器618)，然后作为DC电流参考620提供。选择器624将DC电流参考620作为DC电流参考628传递至其输出。从DC电流参考628中减去实际DC电流630(例如，在DC线路上测得)，以便确定DC电流误差632。将DC电流误差632传递至控制器(如PI控制器)634，控制器634输出对应的DC电压校正636，可以施加DC电压校正636以使DC电流匹配DC电流参考632。
当VSC在有功功率控制模式下运行时，将DC电压校正636加至实际DC电压612，并且传递结果并作为生成的DC电压参考658输出。
在第二场景下，VSC在有功功率控制模式下运行，并且电力传输***中存在DC故障。此时，选择器624选择零值622作为其输入(例如，假设DC电流参考620具有零值或接近于零值)并且DC电流误差632等于实际DC电流630的负值。控制器634确定相应的DC电压校正636，其可以在加至实际DC电压612时使DC电流接近并达到零或接近于零。在将实际DC电压612加至DC电压校正636之后，将结果作为生成的DC电压参考658输出。虽然表示为“零值”622，但也可以设想“零值”622不一定恒定为零，而是至少具有至少一个过零点，或者至少暂时接近于零(例如，在几十安培之内或更少)。在DC故障期间，“零值”622可以，例如，包括为零或接近于零的恒定分量加振荡分量，从而存在至少一个过零点。“零值”622可以，例如，包括恒定分量(可以不等于零或接近于零)加具有振幅的振荡(正弦)分量，从而使恒定和正弦分量之和至少暂时为零或接近于零。如本文所述，在DC故障期间，DC电流控制器可以将振荡DC电流参考作为输入，并且，例如，输出振荡DC电压校正。
在第三场景下，VSC在DC电压控制模式下运行，并且不存在DC故障。因此，选择器654选择其下输入，选择器640选择其下输入，并且选择器624选择其下输入。DC电流控制器对生成DC电压参考658没有影响，因为选择器640选择其具有零值信号638的下输入。换句话说，可以假设DC电压校正636具有零值。将零值加至有序DC电压644(其可选地由额定值限制器646进行额定值限制)、648。将得到的DC电压参考650经由选择器654作为生成的DC电压参考658传递。控制***/方法600包括如本文前面所述的反馈回路。从生成的DC电压参考658中减去实际DC电压612，以确定DC电压误差660。使用控制器662(诸如例如PI控制器)，确定对应的DC电压校正664并将其加至(可选地，进行额定值限制的)有序DC电压648，以便更新DC电压参考650。如本文前面所述，反馈回路可以确保即使在干扰期间也保持DC电压，并提高换流器稳定性。
在第四场景下，VSC在DC电压控制模式下运行，并且存在DC故障。因此，选择器640使用其上输入，并且选择器624使用其上输入(如上所述)。此时，DC电流控制器影响生成的DC电压参考658，因为不假设DC电压校正636必须具有零值。替代地，DC电压校正636具有由控制器634输出的值，以便在DC故障期间使DC电流接近并且达到零或接近于零。如参照第二场景所描述的，在DC故障期间，DC电流参考622可以，例如，是振荡的(即具有正弦电流分量)，那么，DC电压校正636也可以是振荡的。
应该清楚地注意到，图1、2a、2b、3、4、5和6中图示的示意图可以表示根据本公开且如本文所述的一个或多个控制方法(或其步骤)的流程图，或者可以执行相应的一个或多个方法的一个或多个设备/控制器的实际物理构造块之间的信号流。
下面将参照图1描述根据本公开的AC矢量控制器/方法步骤的实施例。
图1示意性地示出AC矢量控制器100。AC矢量控制器100通过对各相的各个单元电容器电压110a、110b和110c求和，来确立总单元电容器电压112。这里设想了三个相。还设想可以使用不同数量的相。从总单元电容器电压参考114中减去总单元电容器电压112，以便确立总单元电容器电压误差116。
AC矢量控制器100还通过从无功功率参考122中减去实际无功功率120，来确立无功功率误差124。本文，还设想实际无功功率120可以替代地为实际AC电压，无功功率参考122可以是AC电压参考，并且无功功率误差124可以替代地是对应的AC功率误差。
将确立的总单元电容器电压误差116和确立的无功功率误差124(或确立的AC电压误差)馈送至直流/正交(dq)电流控制器130。dq电流控制器130还接收d分量132和q分量134的实际值。基于总单元电容器电压误差116、无功功率误差124(或AC电压误差)及实际d分量和q分量132和134，dq电流控制器130生成d分量(电流)参考136(“d参考”)和q分量(电流)参考138(“q参考”)。使用直接/正交到相(dq到ABC)转换器140，d参考136和q参考138用于输出AC电压参考142。
假设dq电流控制器130的内部工作对于本领域技术人员来说是已知的。
下面将结合图7和8描述VSC站和包括VSC站的高压电力传输***。
图7示意性地示出VSC站700。VSC站700可以包括一个或多个MMC。在如图7所示的VSC站700的实施例中，VSC站700包括两个MMC 710a和710b。还可以设想VSC站700可以包括少于或多于两个MMC，并且这些MMC可以以不同的配置布置以满足可以连接(或含有)VSC站700的电力传输***的需求。VSC站700具有DC端子720和722，通过DC端子720和722，VSC站700可以连接至，例如，一个或多个DC线路(未示出)。VSC站700具有AC端子730和732，通过AC端子730和732，VSC站700可以经由，例如，一个或多个转换器，连接至AC电网(未示出)。可以设想至少一个MMC包括至少一个全桥MMC(FB-MMC)子模块。
VSC站700包括控制器740。控制器740可以通过提供，例如，DC电压参考(以及AC电压参考)，来控制MMC 710a和710b，或者基于此类DC电压参考(以及此类AC电压参考)来生成每个MMC的控制信号(如虚线所示)。控制器740适用于通过执行根据如本文所述的各种实施例的控制方法来控制MMC，例如，参见图1-6中任意一个描述的实施例。
图8示意性地示出高压电力传输***800。电力传输***800包括第一VSC站810和第二VSC站820。第一VSC站810和第二VSC站820经由DC传输链路830连接，并且以单极配置布置。每个VSC站810和820还分别连接至AC电网840和842。可以设想，电力传输***800可以使用其它配置进行布置(例如，双极配置，可以使用不同对称，如对称或非对称，并且可以包括多于两个VSC站)。第一VSC站810和第二VSC站820中的至少一个是如本文所述的VSC站，例如，参照图7描述的VSC站700。
本公开提供一种用于VSC站的改进的控制方法。更具体地，本公开提供一种用于在此类VSC站中切换一个或多个MMC的改进的控制方法，尤其是包括至少一个FB-MMC子模块的一个或多个MMC。该方法可以有助于在DC故障期间将DC电流控制为零，从而消除阻塞VSC换流器站中的换流器的需求。换流器可以替代地继续运行并向AC***提供无功功率。
该方法还可以提供其它操作条件的改进。在例如静态补偿(STATCOM)等操作期间，AC电流矢量控制器可以基于总单元电容器电压，来确保从AC侧汲取足够的电力以用于最终损耗，并且DC电流控制器可以确保没有DC电源。在黑启动期间，可以使用总单元电容器电压误差，通过从DC侧汲取足够的功率以将单元电容器电压充电至其额定值而导出d参考(电流)。一旦单元被充电，d参考(电流)可以为零，并且换流器可以开始用无功功率支持AC***。
总之，本公开提供了一种通过使用所提供的DC电流控制来控制VSC站中的换流器的新方法，尤其是在电力传输***中/上发生DC故障期间。本公开通过在不阻塞换流器的情况下将DC电流减小为零来提供DC故障电流控制，并在干扰期间改进换流器中的能量控制。本公开通过调节调制参考来将DC电压控制提供给换流器中的阀参考。本公开提供AC和DC电压以及(有功/无功)功率的独立控制。
虽然以上以特定组合描述了特征和元件，但是，每个特征或元件可以在没有其它特征和元件的情况下单独使用，或者在具有或不具有其它特征和元件的各种组合中使用。
此外，在实践所要求保护的发明的过程中，通过研究附图、公开内容及所附权利要求，技术人员对于所公开实施例的变型是可以理解并实现的。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些特征被记载在互不相同的从属权利要求中的事实并不表示这些特征的组合不能被用于获得优势。

Claims (20)

1.一种控制电压源换流器 VSC 站中的直流 DC 电流的方法，所述电压源换流器 VSC站形成高压电力传输***的一部分，其中所述 VSC 站包括至少一个模块化多电平换流器MMC，所述至少一个模块化多电平换流器 MMC 包括至少一个全桥 MMC FB-MMC 子模块，所述方法包括：
确定直流 DC 电流参考（212）；
基于所述 DC 电流参考（212）和实际 DC 电流（210），使用 DC电流控制器（200）来确定DC 电压校正（222）；
基于所述 DC 电压校正（222）与实际 DC 电压和有序 DC 电压中的至少一个 DC 电压之和，来生成 DC 电压参考；以及
基于所述 DC 电压参考来切换所述至少一个模块化多电平换流器 MMC，
所述方法进一步包括：
确定所述电力传输***中是否已经发生 DC 故障，
在确定所述 DC 故障还未发生的基础上，确定所述 DC 电流参考等于所述实际 DC 电流，以及
在确定已经发生所述 DC 故障的基础上，通过所述切换将 DC 故障电流控制为零或接近于零，其中将所述 DC 故障电流控制为零或接近于零包括：确定所述 DC 电流参考至少暂时地具有零值或接近于零的值。
2.根据权利要求 1 所述的方法，其中将所述 DC 故障电流控制为零或接近于零包括：确定所述 DC 电流参考具有零或接近于零的恒定值。
3.根据权利要求 1 所述的方法，其中在确定所述 DC 故障已经发生的基础上，所述DC 电流参考具有至少一个正弦电流分量。
4.根据权利要求 1 所述的方法，进一步包括：
在确定所述 DC 故障还未发生的基础上，基于有功功率参考以及所述实际 DC 电压和所述有序 DC 电压中的至少一个 DC 电压来确定所述 DC 电流参考。
5.根据权利要求 4 所述的方法，其中所述 DC 电流参考基于有序DC 电流而被获得，所述有序 DC 电流基于所述有功功率参考与所述实际 DC 电压的分数而被获得。
6.根据权利要求 5 所述的方法，其中所述 DC 电流参考基于所述有序 DC 电流的振幅限制而被获得。
7.根据权利要求 1-6 中任一项所述的方法，其中所述 DC 电压校正由所述 DC 电流控制器基于 DC 电流误差来确定，所述 DC 电流误差基于所述 DC 电流参考与实际 DC 电流的差而被获得。
8.根据权利要求 7 所述的方法，其中所述 DC 电压校正由所述 DC 电流控制器使用比例-积分 PI 控制器、基于所述 DC 电流误差来获得。
9.根据权利要求 4-6 中任一项所述的方法，其中功率控制端处的所述有功功率参考通过将有功功率误差增加至有序有功功率而被获得，所述有功功率误差基于所述有序有功功率与实际有功功率的差。
10.根据权利要求 1-6 以及 8 中任一项所述的方法，进一步包括：
确定所述 VSC 站是否处于 DC 电压控制模式，以及
在确定所述 VSC 站处于所述 DC 电压控制模式的基础上，通过对所述 DC 电压校正与所述有序 DC 电压和所述实际 DC 电压中的一个 DC 电压求和来生成所述 DC 电压参考。
11.根据权利要求 10 所述的方法，包括： 在确定所述 DC 故障还未发生的基础上，确定所述 DC 电压校正具有零值。
12.根据权利要求 10 所述的方法，其中在求和之前，使用反馈回路并基于 DC 电压误差来校正有序 DC 值和实际 DC 值中的一个，所述 DC 电压误差基于所述实际 DC 电压与所生成的所述 DC 电压参考的差而被获得。
13.根据权利要求 12 所述的方法，其中所述有序 DC 电压在被校正之前进行额定值限制。
14.根据权利要求 12 所述的方法，其中所述反馈回路包括对所述 DC 电压误差进行操作的比例-积分 PI 控制器。
15.根据权利要求 1-6、8 以及 11-14 中任一项所述的方法，进一步包括： 确定所述VSC 站是否处于有功功率控制模式，以及
在确定所述 VSC 站处于所述有功功率控制模式的基础上，通过对所述 DC 电压校正与所述有序 DC 电压和所述实际 DC 电压中的一个 DC 电压求和来生成所述 DC 电压参考。
16.根据权利要求1-6、8 以及 11-14 中任一项所述的方法，其中对所述至少一个 模块化多电平换流器 MMC 的所述切换还基于交流 AC 电压参考。
17.根据权利要求 16所述的方法，进一步包括：
使用交流 AC 矢量控制、基于总单元电容器电压误差来至少确定d 参考，并且基于无功功率误差和 AC 电压误差中的至少一个误差来至少确定 q 参考；以及
基于所述 d 参考和所述 q 参考来确定所述 AC 电压参考。
18.根据权利要求1-6、8、11-14 以及 17 中任一项所述的方法，其中对所述至少一个模块化多电平换流器 MMC 的所述切换还基于循环电流控制分量和纹波补偿控制分量中的至少一个。
19.一种用于高压电力传输***的电压源换流器 VSC 站（700）， 包括：
至少一个模块化多电平换流器 MMC（710a、710b），所述至少一个模块化多电平换流器MMC（710a、710b）包括至少一个全桥 MMC FB-MMC 子模块，以及
控制器（740），适于通过执行根据前述权利要求 1-18 中任一项所述的方法来控制所述至少一个模块化多电平换流器 MMC（710a、710b）。
20. 一种适于传递电力的高压电力传输***（800），所述***（800）包括第一换流器站（810）和第二换流器站（820），其中所述第一换流器站（810）和所述第二换流器站（820）中的至少一个换流器站是根据权利要求 19 所述的电压源换流器 VSC 站。
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