摘要:高压直流输电系统的完善在不断的进行，在直流工程中也起到了重要的作用，由于并联多端直流系统的技术复杂，难度比较大，所以在整流站的电流控制和逆变站的电压控制上采取并联四端直流输电系统使系统更加稳定，与双并联直流系统相比具备更多的优越性能，还简化了多段直流系统的控制，使功率能够自由的调整。文章以四端并联直流系统为例进行了详细的阐述，包括对其控制的策略分析。
关键词:并联换流器;直流电流平衡控制;高压直流
高压直流输电在功能上具有稳定的特点，而且能够自由调整功率大小，有效避免了短路的问题，所以目前被普遍的运用，对距离远容量大的输电部分可以互相连接。随着科技的快速发展，多个电源提供提供电能的多端直流技术方式是以后直流输电的主要方向，但是这项技术的复杂程度比双端直流要大，并且容量比较大的断路器的发展还不够稳定，所以目前只有意大利、英格兰以及日本这三个国家有相关的输电工程。
1 并联换流器与并联四端直流系统
并联换流器的直流系统主要是由多个双端直流设备通过并联的方式在同一条电路上进行工作。在直流工程的分期建设中经常被使用，并联整流器的位置和距离都比较近，拓扑结构与并联多端的系统有着相同之处，但是并联直流系统的运作可以通过多个双端系统实现，并且保持独立的个体，或者以多端的方式来运行。
根据对并联的四端直流系统的分析发现，系统可以通过一个换流器进行控制电压，另一些换流器来控制电流的方式进行工作，或者是并联换流器设为定直流电流控制，然后通过逆变站的电流平衡来排除双逆变战的电压争抢，但是具有一定的缺点，无法将功率进行自由的调整。
通过双端直流输电系统的研究，对多端直流控制系统进行了优化，使其工作方式与双端直流控制系统有很大的相同之处，这让直流控制系统设计降低了难度。为了解决直流控制系统的存在的问题，将逆变站的双并联换流器用直流电压进行控制，再进行平衡电流的处理方式，将逆变站的双并联换流器的功率调节功能大大提高，并且加强并联换流器的控制。
2 主回路结构及基本控制特性
并联换流器的高压直流系统由双端直流系统并联组成，具有并联多端系统的特点，又具有普通的双端直流系统的特点，可运用在直流工程中的分期建设与融冰中，拓扑结构如图1。并联换流器直流输电系统由换流站构成，其中包括双极的并联，在技术上多端直流输电系统要复杂于双端系统，由于断路器的容量问题使多端直流输电技术的提高受到阻碍。
图 1 并联换流器高压直流输电系统拓扑结构
中国的特高压直流输电系统本质上是一个多端直流系统,即串联结构的四端直流,与本文的并联阀组结构互为对偶关系。一一对应、成双成对出现的事物称为对偶事物,在电路中,对偶现象普遍存在,如电压与电流,并联与串联。根据对偶原理,电路中某些元素之间的关系或方程,用它们的对偶元素对应地替换后,所得的新关系或新方程也一定成立。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对偶原理是分析电力电子电路拓扑结构的有力工具,对已有电路进行对偶性分析,发现电路的内在联系,对其中一个电路的控制技术或分析方法经过相应地对偶变换也同样适用于与之具有对偶关系的电路中。
由于中国在串联双阀组特高压直流的控制方面已取得重大突破,这种“双端化”的控制方式具有重大借鉴意义。根据对偶原理,针对图1所示的特殊四端直流系统,充分借鉴特高压直流控制系统的设计经验,简化多端直流系统各换流器间的通信和电流指令协调,实现多端直流控制方式的“双端化”,将大大降低直流控制系统设计的复杂度,具有重大的实际应用价值。
3 直流电流平衡控制
逆变站两个并联的双极都处于定直流电压控制模式,由于对同一直流电压控制权的竞争,任何测量系统的误差必将导致双换流器直流电流的不平衡。为避免出现直流电压控制权的争夺,并实现并联换流器间功率的按需分配,本文提出了基于标幺值方式的直流电流平衡控制策略,用以补偿控制及测量系统的误差,如图2所示。首先逆变站并联换流器把实测的直流电流与整流站对应换流器经站间通信送过来的参考值作商以得到直流电流标幺值。然后两并联换流器的直流电流标幺值作差,经比例—积分( PI )调节器,生成电压补偿量 U dBLN 并分别送往两并联换流器对应的直流电压控制器中。最后,直流电压控制器根据电压参考值及叠加的直流U dBLN ,生成最终的换流器触发指令。此策略更具有灵活性,可以实现直流功率在换流器间的任一比例分配。
图2 直流电流平衡控制框图
4 换流器解锁/闭锁控制策略
本文的并联换流器高压直流输电系统解锁/闭锁有以下几种方式。
(1)整流及逆变站的 4 个双极系统同时解锁,即两双端直流系统同时解锁。
(2)整流及逆变站的 4 个双极系统同时闭锁,即两双端直流系统同时闭锁。
(3)第一换流器解锁,即在其中一个双端直流系统处于闭锁的状态下,解锁另一双端直流系统。
(4)第二换流器闭锁,即在其中一个双端直流系统处于闭锁的状态下,闭锁另一双端直流系统。
(5)第二换流器解锁,即其中一个双端直流系统已处于正常运行工况下,解锁第二个双端直流系统。
(6)第一换流器闭锁,即在两双端直流系统都处于正常运行工况下,闭锁其中的一个双端直流系统。
4.1 第二换流器解锁策略
为避免逆变站换流器过载,第二换流器解锁时建议先解锁逆变站换流器,详细的时序为:逆变侧待解锁的第二个换流器首先释放触发脉冲,解锁前其直流电压控制器输出跟随正常运行的第一换流器输出,以防电流过冲。整流站待逆变站解锁后再进行空载升压,待其出口电压和正常运行的第一个换流器一致时,合上直流侧的连接开关。稳定一段时间(如0.05s )后,将整流站的第二换流器切换为电流控制方式并控制直流电流以一定斜率上升至给定值;同时,逆变站的第二换流器触发指令跟随功能禁用,恢复其直流电压控制,与此同时直流电流平衡控制功能使能,确保功率在双并联换流器间的按需分配。
4.2 第一换流器闭锁策略
第一换流器的闭锁时序与第二换流器的解锁时序相反。首先整流侧待闭锁的第一换流器以一定斜率降电流,待直流电流降到接近零(如 0.05 (标幺值))后拉开连接开关,同时封闭触发脉冲。逆变侧对应换流器接收到整流侧换流器已经闭锁信号后闭锁脉冲,同时拉开连接开关,禁止电流平衡控制功能,整个退出过程结束。
5 总结
并联四端直流系统的运用在直流工程中的分期建设和融冰上有着极大的作用，不仅具有双端直流和多端直流系统的共同特点，还对多端直流控制系统的设计难度有所降低，使双端直流系统保持个体独立，通过对直流电流和直流电压的控制来达到平衡电流的效果，使系统能够稳定的运行，还可以随时调节功率大小，填补了并联换流器以往的缺陷，换流器的解锁闭锁控制策略也能够发挥很好地作用。
参考文献:
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[3]李探. 模块化多电平换流器直流输电系统稳定性关键问题研究[D]. 华北电力大学(北京), 2016.
论文作者:楚廷文
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/26
标签：系统论文; 电流论文; 电压论文; 解锁论文; 对偶论文; 逆变论文; 多端论文; 《防护工程》2017年第36期论文;