CN111201688A - 用于在故障情况下控制高压直流网络的方法 - Google Patents

用于在故障情况下控制高压直流网络的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111201688A
CN111201688A CN201880046381.3A CN201880046381A CN111201688A CN 111201688 A CN111201688 A CN 111201688A CN 201880046381 A CN201880046381 A CN 201880046381A CN 111201688 A CN111201688 A CN 111201688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
electrode
exchanged
current
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880046381.3A
Other languages
English (en)
Inventor
阿尔贝托·伯丁纳托
布鲁诺·卢斯坎
阿卜杜勒卡里姆·本沙伊卜
篠田康生
塞尔日·普兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SuperGrid Institute SAS
Original Assignee
SuperGrid Institute SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SuperGrid Institute SAS filed Critical SuperGrid Institute SAS
Publication of CN111201688A publication Critical patent/CN111201688A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • H02J3/00125—Transmission line or load transient problems, e.g. overvoltage, resonance or self-excitation of inductive loads
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于控制高压直流网络(1)的方法，所述网络包括：‑高压电线(121、123、131、133、231、233)；‑第一至第三转换站(11、12、13)，其每个包括：‑包括第一和第二电极(141、142、143)的直流网络接口；‑连接在交流网络接口与直流网络接口之间的至少两个AC/DC转换器(101、102)；访问存储对于所述转换器中的每个的额定电压下的最大电流的值和对应的增大时长的数据库的控制设备(15)；‑所述控制设备根据出故障的电极和存储在所述数据库中的值，在连接到第一电极的所述高压线路中的一条上出故障的情况下，确定站的第二电极上作为补偿而交换的增大的功率。

Description

用于在故障情况下控制高压直流网络的方法
本发明涉及高压直流(一般用缩写HVDC表示)输电和/或配电网络。本发明尤其涉及HVDC网络在出现故障时的服务的安全性和连续性。
HVDC网络尤其被视为随着可再生能源的发展而出现的不同或非同步的发电站点互连的一个解决方案。由于远距离网络的线路损耗低且不受寄生电容的影响，HVDC网络尤其考虑用于由海上风电场而不是交流技术所产生的能量的输电和配电。这样的网络的电压水平通常为大约50kV及以上。
对于点对点电力传输，可通过配备有交流侧断路器的线路末端转换器来进行断开。相反地，在多点或多节点传输(这样的网络用缩写MTDC来表示)中不再能够通过这样的转换器来进行断开。在这样的网络中切断直流电是直接调节这样的网络的可行性和发展的关键挑战。实际上，在节点处出现短路在整个网络中非常快地传播。当没有在该节点处足够快速地切断，短路电流继续增大并可在几ms内达到几十kA。短路电流则可超过各个节点的直流断路器的切断能力。短路电流还可损坏在网络的节点处的AC/DC转换器中所使用的电力电子设备。通过各个开关的切断还可能会改变多点网络的稳定性。
当在高压直流线路中的一条上出现故障时，通常的运作周期一般是如下的：
-以N条数量的高压线路的初始运作。在故障之前，连接到MTDC网络的各个节点的AC***之间的功率转移通过这N条线路来实现；
-在高压线路中的一条上的短路故障引起电压降，该电压降中断穿过k数量的线路的功率转移。参与功率转移的线路的数量减小到数量N-k；
-在已经隔离出故障的高压线路之后，对AC/DC转换器实施一定数量的控制操作。这些控制操作对于保证重新恢复所期望的电压和功率水平是必要的；
-以数量N-1条的线路来实施连接的AC***之间的功率转移。
在从以N-k条线路运作到以N-1条线路运作的阶段期间，可能会高度影响连接的AC***的稳定性。即使该阶段时间相对短并实施选择性的***保护，整个网络仍可能会被该稳定性问题影响。由于MTDC网络的这样的阶段比在交流网络中更加复杂且更时间长，这是成问题的。因此存在对允许增大AC***在这样的故障时的暂态稳定裕度的解决方案的需求。
一种已知架构在网络的每个节点处包括MMC多电平转换器。MMC多电平转换器基于IGBT。在该架构中，在高压线路的每个端部处布置有限流线圈。线圈允许限制出现短路时的电流增大速度，这允许避免MMC转换器的IGBT阻塞。在网络的某些节点处布置电容器以避免电压回落到相对于额定电压的一定水平之下。为了便利在缩短的时间内隔离故障，在线路的每个端部处布置有超快速混合直流断路器。这样的架构的目的在于隔离出故障的线路，同时保持在过渡阶段期间对转换器的控制，以允许自动恢复穿过高压线路的功率转移。
然而，电感器的存在高度改变网络的动态行为，并引起大的损耗。此外，电感和电容器具有显著地妨碍它们的部署的成本和体积。超快速开关也非常昂贵和复杂。
本发明旨在解决这些缺陷中的一个或更多个。本发明由此涉及如权利要求1所述的一种用于控制多节点高压直流网络的方法。
本发明还涉及附属权利要求的变型。本领域技术人员可理解，附属权利要求的特征中的每个可独立地与独立权利要求的特征组合，而不因此构成中间概括。
本发明的其它特征和优点将通过以下描述示意性且绝无限制性地参照附图做出的说明清楚地显现，在附图中：
-图1是用于实施本发明的高压直流网络的一个简化示例；
-图2是可根据本发明实施的转换站的第一设计示例的示意图；
-图3是可根据本发明实施的转换站的第二设计示例的示意图；
-图4是当出现故障时出故障的电极上的功率的演变的图；
-图5是无故障的电极上的功率的演变的图；
-图6和7示出根据对于转换站可用的暂态功率水平的在两个电极上交换的功率之和；
-图8至11示出实施根据本发明的控制方法的一个网络示例上的不同电气参数。
图1是一个多节点高压直流网络1的示例的简化示意图。网络1包括转换站11、12和13。为了便利理解，自愿地对于简化的网络1来说明本发明，但本发明当然可适用于包括多于三个转换站的高压直流网络1。网络1包括配置为确定网络状态并配置为与转换站11至13通信的控制设备15。
转换站11至13中的每个包括：
-形成直流网络接口的三个电极，在此为正电极、负电极，和接地的返回电极；
-交流网络接口；
-在下文中详细说明的AC/DC转换结构。
站11的交流网络接口连接到本地交流网络91，站12的交流网络接口连接到本地交流网络92，并且站13的交流网络接口连接到本地交流网络93。
网络1包括高压线路。站11的正电极和站12的正电极通过高压电线121连接。站11的正电极和站13的正电极通过高压电线131连接。站12的正电极和站13的正电极通过高压电线231连接。正电极的高压电线在此用实线示出。
站11的负电极和站12的负电极通过高压电线123连接。站11的负电极和站13的负电极通过高压电线133连接。站12的负电极和站13的负电极通过高压电线233连接。负电极的高压电线在此用点线示出。
站11的返回电极和站12的返回电极有利地通过电线122连接。站11的返回电极和站13的返回电极有利地通过电线132连接。站12的返回电极和站13的返回电极有利地通过电线232连接。返回电极的电线在此用虚线示出。返回线路122、132和232在此是高压线路，但也可以是更低电压的线路。可能地可考虑通过地面而不是返回线路传导返回电流。
由此，转换站的电极中的每个通过高压电线连接到两个其它转换站的电极。
这些高压电线的端部中的每个可通过未示出的开关连接到站的电极。这样的开关是例如机械类型的断路器。尽管没有示出，快速切换地控制的隔离开关可以和高压线路与对应的站的电极之间的这样的开关串联地连接。对应更低电压的返回线路，这样的开关可由更低电压的断路器代替以允许电流转移。
转换站11至13中的每个配置为能够在其电极中的每个上维持恒定的额定电压，同时通过能够在预定时长期间在电极中的一个上提取或注入增大的电流而能够调节在该额定电压下在电极上交换的功率。
可例如考虑如果电压包括在相对于额定电压+10％/-20％、优选地相对于该额定电压+5％/-10％的区间中，则该电压对应于该额定电压。这样的转换站11至13中的每个包含至少两个能够在预定维持时长期间以预定增大坡道在它们各自的电极上提取或注入增大的电流的AC/DC转换器。
转换器的增大的电流可以对应于比在其电极上交换的即时电流更大的电流，或对应于比其对于额定电压的额定电流更高的电流。在第一种情况下，增大的电流保持小于或等于转换器的额定电流；在第二种情况下，增大的电流大于额定电流。
转换站11至13的转换器可例如是模块化多电平(即MMC，英文为Modular Multi-Level Converter)类型、VSC(英文为Voltage Source Converter)类型、或AAC(Alternative Arm Converter)类型。下文中将以MMC类型的转换器来说明本发明，尽管本发明不限于这样的配置。
图2是可在本发明的范围中实施的转换站10的第一结构示例的示意图。转换站10在此是双电极类型的。转换站10在此包括设有正电极141、返回电极142和负电极143的直流网络接口。转换站10在此包括设有电极144的交流网络接口。交流网络接口在此关联到本地交流设备或网络(例如风电场、潮汐发电厂、核电站、火力发电厂或光伏发电机的电力发电机，或本地运输或消耗网络)。
转换站10在交流网络接口与直流网络接口之间包括两个功率分支。第一功率分支包含MMC转换器101。转换器101的直流界面连接到电极141和电极142。第二功率分支包含MMC转换器102。转换器102的直流接口连接到电极143和电极142。具有电极分离的配置允许避免一个电极向另一电极传播故障的风险。
MMC转换器101的交流界面在此有利地通过第一功率分支的保护回路连接到电极144。保护回路在此包括在电极144与MMC转换器101的交流接口之间串联连接的开关105和变压器103。开关105例如是机械类型的断路器。保护回路还可包含在MMC转换器101的交流接口与电极144之间串联连接的限流器(未示出)。
MMC转换器102的交流界面在此有利地通过第二功率分支的保护回路连接到电极144。保护回路在此包括在电极144与MMC转换器102的交流接口之间串联连接的开关106和变压器104。开关106例如是机械类型的断路器或快速切换地控制的隔离开关。保护回路还可包含在MMC转换器102的交流接口与电极144之间串联连接的限流器。
在正常运作时，正电极141允许交换交流电极144的电功率的一半，负电极143允许交换该交流电极144的电功率的另一半。
根据本发明的两个方面，每个MMC转换器101和102设置尺寸并配置为能够在直流接口的电极上选择性地交换(通过提取或注入电流)：
-最大等于其额定功率的增大的暂态功率，同时在其电极上维持其恒定额定电压；和/或
-在预定维持时长期间超过其额定功率的暂态功率，同时在其电极141至143上维持其恒定额定电压。暂态功率例如至少等于MMC转换器的额定功率的150％，优选地至少等于该额定功率的200％。在所示出的配置中，每个MMC转换器101或102的额定功率是转换站10的额定功率的一半。预定维持时长例如至少等于100ms，优选地至少等于200ms，并可例如达到500ms。在额定功率向转换器的最大暂态功率之间所需的过渡时间有利地短于100ms。
更具体地说，每个MMC转换器101或102配置为在直流电接口的电极上交换增大的功率，同时在该电极上维持恒定额定电压并以预定增大时长在该电极上提取或注入增大的电流。由此可以在转换站10的视为无故障的电极上快速地达到增大的暂态电功率。
由此通过无故障的电极提供作为补偿的足够的电功率，以避免改变连接到电极144的交流网络的暂态稳定。
当转换站10的转换器是电流可控的时候(例如基于全桥整流器的转换器)，另一转换器可有利地限制当检测到故障时出故障的电极上的电流。
MMC转换器101和102是例如半桥类型的。MMC转换器101和102可包含IGBT。转换器101和102以本身已知的方式控制它们的交流接口与它们的直流接口之间的功率流。
通过在各个电极141至143上维持恒定的额定电压，保证转换站10的服务连续性，并最小化对连接到电极144的交流网络的暂态稳定的影响。
将在以下详细地说明转换站10及它们与控制设备15的交互的控制方式的示例。
图3是可在本发明的范围内实施的转换站10的结构的第二示例的示意图。转换站10在此是双单级类型的。转换站10在此包括设有第一正电极145、第二正电极147、第一负电极146和第二负电极148的直流网络接口。转换站10在此包括与图2的示例相同的设有电极144的交流网络接口。
转换站10在交流网络接口与直流网络接口之间包括两个功率分支。第一功率分支包含MMC转换器101。转换器101的直流接口连接到电极145和电极146。第二功率分支包含MMC转换器102。转换器102的直流接口连接到电极147和电极148。这样的配置被称为双电极。具有电极隔离的这样的配置允许避免电极至电极的同时双重故障的风险。
MMC转换器101在此有利地通过第一功率分支的保护回路连接到电极144，该保护回路可以与对于参照图2的第一分支描述的保护回路相同。MMC转换器102在此有利地通过第二功率分支的保护回路连接到电极144，该保护回路可以与对于参照图2的第一分支描述的保护回路相同。
在正常运作时，正电极145和负电极146允许交换交流电极144的电功率的一半，正电极147和负电极148允许交换该交流电极144的电功率的另一半。
每个MMC转换器101和102设置尺寸和配置为能够在直流接口的电极上选择性地交换(通过提取或注入电流)：
-相对于瞬时功率增大的暂态功率，该增大的功率最大等于其额定功率，同时在其电极上维持恒定的其额定电压；和/或
-在最长等于预定增大时长的时长结束时，超过其额定功率的暂态功率，同时在其电极145至148上维持恒定的其额定电压。暂态功率例如最少等于MMC转换器的额定功率的150％，优选地至少等于该额定功率的200％。在所示出的配置中，每个MMC转换器101或102的额定功率是转换站10的额定功率的一半。预定增大时长例如最长等于100ms，优选地最长等于50ms。有利地，每个MMC转换器101和102配置为能够在有利地至少等于200ms、优选地至少等于500ms的预定维持时长期间选择性地交换超出其额定功率的功率。更具体地说，每个MMC转换器101或102配置为在直流接口的电极上交换增大的功率，同时在该电极上维持恒定的额定电压并在预定增大时长到期之前在该电极上提取或注入增大的电流。由此可以在转换站10的视为无故障的电极上交换增大的暂态电功率。
与在直流接口的电极上通过MMC转换器交换增大的功率同时地，由另一MMC转换器的视为出故障的电极上交换的功率变得非常小。
该第二示例允许通过无故障的电极提供足够的作为补偿的电功率，以避免使得连接到电极144的交流网络不稳定。
这样的转换站10的控制方式可以类似于参照图2详细说明的转换站10的控制方式。
为了实施对图1所示的各个转换站11至13的控制，控制设备15可访问数据库16。对于转换站中的每个，数据库16存储：
-转换站的每个电极能够在额定电压下承受的最大电流，即对于该电极的额定电流，和/或对于该电极的可在预定维持时长期间承受的过电流(高于额定电流的电流)；
-向该增大的电流转变的时间或向其增大的时长，和有利地预定维持时长，在该预定维持时长期间可施加可能的过电流。
根据在给数据库16中可用的信息，控制设备15可计算转换站11至13中的每个可在无故障的电极上施加的增大的暂态功率(并确定预定维持时长，如果该增大的功率高于额定功率)。控制设备15则可确定哪些转换站和这些转换站应在无故障的电极上施加哪些增大的暂态功率以保持相同的交换的功率量，以最小化对稳定性的影响和避免使得本地交流网络不稳定。
控制设备15可重复地识别由转换站在它们各自的电极上交换的瞬时功率。基于所识别的交换的功率，控制设备可确定在另一电极上出故障的情况下要通过每个转换器施加在电极上的增大的暂态功率。在已经确定这些增大的暂态功率之后，控制设备15将指令发送给转换站11至13。对于每个转换站11至13，该指令包含确定的要在无故障的电极上交换的功率，以及向该功率增大的时长(和有利地，维持该确定的功率的时长)。由此，转换站11至13在出现故障之前接收并存储它们各自的指令。当转换站11至13检测到电极上的故障时，这些指令被施加。由于转换站11至13在检测到故障之前具有指令，遇到故障时的功率补偿可以在特别缩短的时间内实现。
图4示出在经受故障的直流电极上交换的功率的演变。图5示出在无故障的直流电极上交换的功率的演变。
直至时刻T＝t0，在网络上没有识别到任何故障。对应于图4的电极用于交换网络1的电功率的一半，对应于图5的电极用于交换网络1的电功率的另一半。由网络1交换的总电功率记为P。转换站11至13接收到并存储了由控制设备15发送的增大的功率和向该功率增大的时长的指令。
在时刻t0，转换站中的一个检测到连接到直流电极的高压线路中的一条上的故障。该转换站则经受如图4所示的在出故障的该电极上交换的功率的几乎瞬时的减小。该故障所涉及的高压线路则可如下地以本身已知的方式被隔离。
转换站则在其连接到无故障的电极的转换器上施加增大的功率和向该功率增大的时长的指令。该转换器则实施在该无故障的电极上交换的瞬时功率的逐渐的增大。
即使是不同步的，转换站11至13中的每个在减小的时间内(通常为5至10ms)检测到故障。转换站中的每个在其连接到无故障的电极的转换器上施加控制设备15的预先指令，在无故障的电极上交换的功率快速地变得足够大，这允许不改变网络1的暂态稳定。有利地，向指令功率数值增大的时长对于转换站11至13中的每个是相同的。
由此，如在图5中在时刻t0与t1之间所示，在无故障的电极上交换的功率根据数值为P/2的初始坡道演变到直至增大的数值P’，这对应于预先发送到转换站并且由控制设备15限定的指令的功率之和。
在时刻t2，控制设备15确定故障已消失或故障所涉及的高压线路已被隔离。控制设备15则控制出故障的电极上的功率逐渐地增大，并在无故障的电极上维持功率P’。控制设备15将要在出故障的电极上交换的功率指令的值发送到转换站中的每个。所发送的功率指令之和在此等于(P/2-Δ)，其中Δ是考虑到隔离出故障的高压线路并因此在该出故障的电极上更小的功率交换容量的功率减小。在出故障的电极上交换的功率的值在预定减小时长之后达到数值(P/2-Δ)。
在时刻t3，达到维持暂态功率P’的最大时长。控制设备15将要在无故障的电极上交换的功率指令的值发送给转换站中的每个。所发送的功率指令之和在此等于(P/2+Δ)。在无故障的电极上交换的功率的值在预定增大时长之后，在时刻t4达到数值(P/2+Δ)。
控制设备15有利地配置为使得在时刻t0与t4之间在无故障的电极上交换的功率的过量(相对于P/2，该过量在图5中通过面积S2(t)示出)通过在时刻t0与出故障的电极上的功率达到数值(P/2-Δ)的时刻之间在出故障的电极上交换的功率的不足(相对于P/2，该不足在图4中通过面积S1(t)示出)平衡。根据功率P’的维持时长、出故障的电极上的坡道自时刻t2起的斜率，和无故障的电极上的坡道自时刻t3起的斜率，通过调节坡道在t0与t1之间的斜率，可实现在所述功率过量与所述功率不足之间的平衡。
图6和7示出根据对于转换站可用的暂态功率水平的在两个电极上交换的功率之和。
如果可用功率P’小于P，回到图6的配置。在该图的情况下，不能够在时刻t2(对应于隔离故障和在出故障的电极上的功率逐渐增大)之前实现对出故障的电极上的功率损耗的补偿。在该配置中，观察到功率之和在时刻t0下落，由于无故障的电极上的功率逐渐增大而逐渐地增大，直至t1，然后在转换站达到对应于暂态功率指令的功率之后在t1与t2之间被维持恒定。在t1与t2之间，该和小于P。当出故障的电极上的功率自时刻t2增大时，功率之和增大到直至超过值P。当在时刻t3时获得足够的功率补偿时，在无故障的电极上交换的功率相对于暂态功率指令之和逐渐地减小。
如果可用功率P’高于P，回到图7的配置。在该情况下，可在时刻t2之前实现对出故障的电极上的功率损耗的补偿。在该配置中，观察到功率之和在时刻t0下落，由于无故障的电极上的功率逐渐增大而逐渐地增大，直至t1。在时刻t1，功率之和超过值P，这是因为无故障的电极上的转换站的暂态功率之和超过该值P。自t1起，该功率之和因此高于P。在时刻t2之前获得足够的功率补偿。在无故障的电极上交换的功率相对于暂态功率指令之和逐渐地减小，直至值P。当出故障的电极上的功率在时刻t2增大时，在无故障的电极上实施成比例的功率减小。
可在实践情况下研究网络1的故障示例。控制设备15将预先具有存储在数据库16中的信息，例如对于转换站的直流接口的电极中的每个可接受的暂态功率(记为PSij，指数i指示所涉及的电极，指数j指示所涉及的转换站)，和对于该暂态功率可接受的用于管理高于额定功率的暂态功率的时长(记为TSij)。数据库16可另外还存储涉及转换器的直流接口的电极中的每个的其它信息，如限定其运作点的其额定功率Pij和其额定电压。控制设备15还将具有对由转换站中的每个在每个电极上交换的瞬时功率的测量。基于这些信息，为了面对故障，控制设备15将确定MMC转换器中的每个的运作点。控制设备15将由此确定要由转换站11至13的MMC转换器施加在直流接口的每个电极上的功率指令和电压指令(大致等于额定电压)。
对于直流接口的电极i(作为补偿使用的无故障的电极)的功率指令P’ij将例如由以下规则来限定：
Figure BDA0002362648450000111
(有利地考虑到网络1的电极i上的线路损耗Pls)，
以及
P’ij≤PSij
暂态功率的维持时长将用T’Sij指代，并将满足以下规则：
T’Sij≤TSij
控制设备15还可以确定向所有暂态功率指令P’ij逐渐增大的共同逐渐增大时长Ttr。增大时长将例如有利地短于100ms，优选地短于50ms，例如大约为20ms。
控制设备15还可以对于重新在出故障的电极上恢复功率之后和隔离该电极上的高压线路之后的运作确定功率指令P”ij。P”ij可例如确定为P”ij＝Pij+Δ。
通过控制出故障的电极上的零功率交换，控制设备15允许不考虑故障的类型和位置，在无故障的电极上实现功率补偿。
假设例如交流网络91初始消耗800MW的电功率，400MW分布在正电极上，400MW分布在负电极上。假设例如交流网络93初始地提供500MW的电功率，250MW分布在正电极上，250MW分布在负电极上。假设例如交流网络93初始地提供300MW的电功率，150MW分布在正电极上，150MW分布在负电极上。假设在转换站13的负电极附近的高压线路233上出现呈短路形式的故障。在图1中示出的箭头指示交流电网络92和93作为电功率源，交流网络91消耗电功率。
图8至11示出根据时间的在出现这样的故障时在实施所述控制方法时在网络1上的电气参数。图8示出转换站11至13的交流接口上的有功功率。实线的曲线对应于站11，点线的曲线对应于站12，虚线的曲线对应于站13。图9示出对于转换站11至13的在无故障的电极上交换的功率。图10示出对于转换站11至13的在出故障的电极上交换的功率。图11示出出故障的电极上的电势。
直至时刻t＝0.5s之前，网络1的运作是正常的。控制设备15预先确定维持交流网络91消耗的800MW的电功率的需求。在该示例中，控制设备15确定转换站12能够暂态地在无故障的电极上提供500MW，并且转换站13能够在无故障的电极上提供300MW。控制设备15给转换站中的每个发送：
-要在无故障的电极上交换的增大的暂态功率指令；
-向增大的暂态功率指令增大的时长；
-维持增大的暂态功率的最大时长。
在时刻t＝0.5s，出现故障。在暂态阶段之后，转换站11至13的交流接口上的有功功率下降一半，直至t＝0.6s，即大约为100ms的时长。实际上，在该暂态阶段之后，在出故障的电极上交换的功率变为零，在无故障的电极上交换的功率保持大致恒定，直至t＝0.6s(无故障的电极上的电压保持大致等于额定电压)。在该暂态阶段之后，出故障的电极上的电势也变为零。连接到出故障的电极的MMC转换器可检测到故障，并阻断以保护它们的构件。转换站11至13在该区间期间检测到故障。在该区间期间，出故障的高压线路233被隔离，例如通过打开其端部处的开关。转换站11至13将控制设备15预先接收的指令施加给它们各自的连接到无故障的电极的转换器。
由此，在t＝0.6s与t＝0.7s之间：
-由转换站11在无故障的电极上交换的功率从400转变到800MW；
-由转换站12在无故障的电极上交换的功率从250转变到500MW；
-由转换站13在无故障的电极上交换的功率从150转变到300MW；
-无故障的电极上的电压保持等于额定电压；
-由各个转换站在出故障的电极上交换的功率保持为零。出故障的电极上的电压保持为零；
-转换站重新取得对它们的连接到出故障的电极的MMC转换器的控制。这些MMC转换器解除阻断。
在t＝0.7s时，重新恢复与本地交流网络91至93交换的功率水平，这允许保证这些网络的稳定性。在t＝0.7s与t＝0.9s之间，由转换站11至13在无故障的电极上维持增大的暂态功率。
控制设备15发送指令：
-以使得连接到出故障的电极的转换器以坡道交换在该电极上交换电功率，直至指令功率。直至指令功率的该坡道可通常具有短于100ms的时长。在初始地出故障的电极上交换的功率在t＝1s时达到指令功率；
-以使得连接到无故障的电极的转换器以坡道减小在该无故障的电极上交换的电功率，直至新的指令功率。直至指令功率的该坡道可通常具有短于100ms的时长。在无故障的电极上交换的功率在t＝1s时达到该新的指令功率。
通过转换站11至13在无故障的电极上的电势的控制可例如通过所谓的主-从(英文为Master-Slave)方法或通过所谓的电压静态控制(英文为droop control)方法来实现，这些方法在HVDC网络中的电压控制领域中是已知的。
上述示例应用于网格网络1。本发明当然还适用于带有高压线路互连节点的树状或星状结构。

Claims (15)

1.一种用于控制多节点高压直流网络(1)的方法，所述网络包括：
-高压电线(121、123、131、133、231、233)；
-至少第一至第三转换站(11、12、13)，其每个包括：
-直流网络接口，其包括通过所述高压电线中的两条连接到所述转换站中的另一个和通过所述高压电线中的另外两条连接到所述转换站中的另一个的第一和第二电极(141、142、143)；
-交流网络接口(91)；
-至少两个AC/DC转换器(101，102)，其连接在所述交流网络接口与所述直流网络接口之间并配置为在所述第一和第二电极上维持恒定的额定电压和在这些第一和第二电极上提取或注入不同电流，所述转换器配置为接收电流指令和增大时长指令，所述两个转换器配置为在所述电极中的一个上在最长等于增大时长指令的时长结束时以额定电压提取或注入与电流指令相对应的增大的电流；
-控制设备(15)，其配置为与所述转换站(11、12、13)中的每个通信并访问存储对于转换站的所述转换器中的每个的额定电压下的最大电流的值和对应的增大时长的数据库；
-所述方法包括以下步骤：
-所述控制设备(15)确定所述转换器在它们各自的电极上交换的功率；
-所述控制设备根据出故障的电极和存储在所述数据库中的最大电流的值，在连接到所述第一至第三转换站中的一个的第一电极的高压线路中的一条上出故障的情况下，确定在所述第一至第三转换站的第二电极上作为补偿而交换的增大的功率；
-所述控制设备(15)将指令发送给所述第一至第三转换站，所述指令包含所确定的要在第二电极上交换的功率，以及向该确定的功率的增大时长；然后
-通过所述第一至第三转换站检测第一电极上的故障；
-在故障隔离阶段期间，在它们的第二电极上维持所述额定电压的同时，所述第一至第三转换站在指令增大时长期间逐渐地增大在第二电极上交换的功率，直至所述指令的值，然后将该功率维持在所述指令的值。
2.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述第一转换站的第一电极与第二转换站的第一电极之间的所述高压线路在故障隔离阶段期间被隔离。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其中，所述转换站的转换器是MMC类型。
4.如上述权利要求中任一项所述的控制方法，其中，对于所述转换器中的每个的所述增大的电流是高于其对于其额定电压的额定电流的电流，所述转换器中的每个配置为在预定最大维持时长期间提取或注入所述增大的电流。
5.如权利要求4所述的控制方法，其中，所述控制设备确定要在第一至第三转换站的第二电极上交换的增大的功率的预定维持时长，发送给所述第一至第三转换站的指令包含增大的功率的预定维持时长，所述转换器在所发送的指令的预定维持时长期间将所述增大的功率维持于指令的值。
6.如权利要求3至5中任一项所述的控制方法，其中，所述转换器中的每个配置为能够在所述预定维持时长期间交换至少等于其额定功率的150％的增大的功率。
7.如权利要求3至6中任一项所述的控制设备，其中，由所述MMC转换器中的每个在所述电极中的一个上维持增大的电流的所述维持时长至少等于100ms。
8.如权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其中，对于所述转换器中的每个的所述增大的电流是其对于其额定电压的额定电流。
9.如权利要求3至8中任一项所述的控制方法，其中，所述控制设备(15)控制将在第二电极上确定的功率维持一段时长，以使得在所述第二电极上交换的功率增大之和补偿在第一电极上交换的功率减小之和。
10.如上述权利要求中任一项所述的控制方法，其中，所述控制设备(15)发送要在第二电极上交换的确定的功率的同步化指令。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述控制设备(15)给所述第一至第三转换站(11、12、13)发送向所述确定的功率增大的相同时长。
12.如上述权利要求中任一项所述的控制方法，其包括重新在所述第一电极上恢复服务的重新恢复服务的阶段，所述控制设备(15)给第一至第三转换站发送新的指令，所述新的指令包含要在所述重新恢复服务的阶段期间在第二电极上交换的减小的功率，该功率相对于所述确定的功率减小。
13.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述控制设备(15)给所述第一至第三转换站中的每个发送另一指令，所述另一指令在所述重新恢复服务的阶段期间包含要在第一电极上交换的功率。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中，在所述新的指令中的要在第二电极上交换的功率大于在另一指令中的要在所述第一电极上交换的功率。
15.如上述权利要求中任一项所述的控制方法，其中，所述两个转换器配置为在最长等于100ms的增大时长结束时在所述电极中的一个上以额定电压提取或注入与电流指令相对应的增大的电流。
CN201880046381.3A 2017-07-11 2018-07-05 用于在故障情况下控制高压直流网络的方法 Pending CN111201688A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1756538 2017-07-11
FR1756538A FR3069108B1 (fr) 2017-07-11 2017-07-11 Procede de controle d'un reseau haute tension courant continu en cas de defaillance
PCT/FR2018/051682 WO2019012209A1 (fr) 2017-07-11 2018-07-05 Procede de controle d'un reseau haute tension courant continu en cas de defaillance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111201688A true CN111201688A (zh) 2020-05-26

Family

ID=60302198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880046381.3A Pending CN111201688A (zh) 2017-07-11 2018-07-05 用于在故障情况下控制高压直流网络的方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3652835B1 (zh)
CN (1) CN111201688A (zh)
DK (1) DK3652835T3 (zh)
FR (1) FR3069108B1 (zh)
WO (1) WO2019012209A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751333B (zh) * 2019-10-30 2022-07-19 株洲中车机电科技有限公司 一种轨道交通用智能低压开关柜及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856881A (zh) * 2012-09-05 2013-01-02 华北电力大学 一种全桥mmc-hvdc直流故障分类检测与保护方法
CN103490408A (zh) * 2013-09-26 2014-01-01 云南电力调度控制中心 一种基于电网多回直流协同调制的方法
CN106451517A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 华北电力大学 一种用于特高压直流输电的多端馈入***
CN106549408A (zh) * 2016-10-11 2017-03-29 许继集团有限公司 一种多端高压直流输电***换流器在线投入方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE502005008932D1 (de) * 2005-09-22 2010-03-11 Siemens Ag Regelungsverfahren für eine gleichstromübertragung mit mehreren stromrichtern
US20130258724A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-03 General Electric Company High voltage direct current system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856881A (zh) * 2012-09-05 2013-01-02 华北电力大学 一种全桥mmc-hvdc直流故障分类检测与保护方法
CN103490408A (zh) * 2013-09-26 2014-01-01 云南电力调度控制中心 一种基于电网多回直流协同调制的方法
CN106451517A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 华北电力大学 一种用于特高压直流输电的多端馈入***
CN106549408A (zh) * 2016-10-11 2017-03-29 许继集团有限公司 一种多端高压直流输电***换流器在线投入方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VICTOR F. LESCALE 等: "Challenges with Multi-Terminal UHVDC Transmissions", POWER SYSTEM TECHNOLOGY AND IEEE POWER INDIA CONFERENCE *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019012209A1 (fr) 2019-01-17
EP3652835A1 (fr) 2020-05-20
DK3652835T3 (da) 2021-08-23
EP3652835B1 (fr) 2021-05-26
FR3069108B1 (fr) 2021-11-12
FR3069108A1 (fr) 2019-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gomis-Bellmunt et al. Topologies of multiterminal HVDC-VSC transmission for large offshore wind farms
US9525287B2 (en) Inverter system and method for operation of a photovoltaic installation for feeding electrical power into a medium-voltage power supply grid
Chaudhuri et al. Multi-terminal direct-current grids: Modeling, analysis, and control
EP3278435B1 (en) Voltage source converters provided with dc fault control
US20130193766A1 (en) Control and protection of a dc power grid
US9917443B2 (en) Photovoltaic system and method for operating a photovoltaic system for feeding electrical power into a medium-voltage network
CN107624215B (zh) 功率转换器
KR20140060401A (ko) 독립형 마이크로그리드 제어 시스템 및 그 제어방법
US9419428B2 (en) Protection device for DC collection systems
Kontos et al. Providing dc fault ride-through capability to H-bridge MMC-based HVDC networks
AU2017382080A1 (en) PCS for ESS and PCS operating method
CN115776130B (zh) 并离网切换方法、储能变流器、储能***和电力***
Shi et al. Enhanced control of offshore wind farms connected to MTDC network using partially selective DC fault protection
Xu et al. Modular multilevel converter with embedded energy storage for bidirectional fault isolation
CN103825363B (zh) 一种风光储低压微电网群保护协调控制器
Lazzari et al. Selectivity and security of DC microgrid under line-to-ground fault
Kumar et al. An interactionless duo control strategy for bipolar voltage-source converter in renewables integrated multiterminal HVdc grids
EP4138251A1 (en) Power supply system
CN111201688A (zh) 用于在故障情况下控制高压直流网络的方法
Psaras et al. DC fault management strategy for continuous operation of HVDC grids based on customized hybrid MMC
Larruskain et al. Requirements for fault protection in HVDC grids
Marquardt et al. Fault management in meshed MVDC grids enabling uninterrupted operation
JP2019054641A (ja) 電力変換装置
Li et al. Research on system dynamic performances of two‐/three‐level VSC–MVDC distribution systems with different capacitor arrangement schemes
JP2022551132A (ja) エネルギー生成システムを動作させるための方法、および前記方法を含むエネルギー生成システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination