[發(fā)明專利]基于拉普拉斯變換的柔性直流啟動電阻設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110419718.0
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102521457A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 王珂;姚建國;駱健;楊勝春
• 申請（專利權）人: 國網電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于拉普拉斯變換的柔性直流（VSC-HVDC）啟動電阻設計方法，具體是基于拉普拉斯變換設計了一種同時可以滿足VSC-HVDC過電壓限制和過電流限制的啟動電阻計算方法。

背景技術

柔性直流輸電技術具有可控性好、靈活性高、環(huán)境友好、易于工程實施等特點，在可再生能源并網、孤島供電、城市電網供電、異步交流電網互聯(lián)等領域具有廣泛的應用前景。

柔性直流啟動控制是其工程應用過程中需要解決的重要問題。若不采取輔助控制措施，啟動過程將產生嚴重的電流和電壓過沖現(xiàn)象。另外，通常情況下，柔性直流所聯(lián)交流系統(tǒng)有兩種典型結構，一種是兩側換流站均連接有源交流系統(tǒng)，另一種是向無源交流系統(tǒng)供電。針對不同的交流網架結構，柔性直流啟動電阻設計的原則和策略均不相同。

柔性直流的啟動過程一般分為兩個階段：第一階段為電流不可控階段，此時IGBT等全控型器件的觸發(fā)脈沖處于閉鎖狀態(tài)，由6個橋臂的反并聯(lián)二極管構成的不控整流電路來實現(xiàn)對直流側電容的充電，通過投入限流電阻來抑制第一階段的過電流和過電壓；第二階段為電流可控階段，控制系統(tǒng)將解除IGBT的脈沖閉鎖并切換到正常控制方式。

目前，針對柔性直流的啟動控制，已有部分文獻研究了啟動控制策略的選擇原則和其充電啟動方案，然而，針對如何計算啟動過程中的關鍵設備限流電阻器的大小，認為很難用解析表達式表示，一般采用仿真試探的方法。然而，仿真試探的方法往往存在較大的誤差，選取的限流電阻可能存在過大或過小的情況。當限流電阻選擇不合理時，會產生兩種情形：一是啟動電阻選取較小時過沖電流或過沖電壓仍然很大，難以保證系統(tǒng)的安全運行；二是啟動電阻選取較大時柔性直流的直流電壓可能達不到不控整流的閥值，并且會導致控制上需增加多余的判斷環(huán)節(jié)。目前，一般為了減小啟動電流，都選擇相對較大的限流電阻。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術中的不足，在充分分析柔性直流系統(tǒng)啟動特性的基礎上，提出了一種基于拉普拉斯變換的柔性直流啟動電阻大小及臨界投入時間的通用計算方法，無論是柔性直流向無源電網供電還是連接兩個有源電網的情況，本方法均適用，有利于保證柔性直流安全、快速、經濟地啟動。

柔性直流啟動限流電阻的設計需遵循以下原則：（1）限流電阻投入時，啟動第一階段產生的最大沖擊電流和電壓小于系統(tǒng)允許值；（2）盡量減小啟動過程中系統(tǒng)的能量損失。本發(fā)明涉及的啟動電阻設計方法均可滿足上述要求，具體如下：

1.基于拉普拉斯變換的VSC-HVDC啟動電阻設計方法

首先，由啟動第一階段電流不可控階段的電路圖1可得電路的微分方程

?(1)

其中，。這里為臨界啟動電阻，是待求量；表示向直流電容充電的沖擊電流瞬時值，為換流站等效損耗，?為換流電抗器電感，為直流電容，為公共聯(lián)絡點PCC1（the?point?of?common?coupling）相電壓的瞬時值，為相電壓的峰值。在一個時間周期期間內，時，a相電壓最高；時，b相電壓最高；時，c相電壓最高。將取為交流相電壓的峰值時，此時可能出現(xiàn)的沖擊電流最大。

首先，若交流系統(tǒng)允許通過的最大沖擊電流為，將代入式（1）并依據拉普拉斯變換可以得到系統(tǒng)沖擊電流的表達公式為

（2）

其中

對上式進行求導，并令，既可求得當時，最大。

則當

（3）

時，計算出的臨界啟動電阻大小即可滿足系統(tǒng)的過電流限制條件。

其次，除了考慮交流系統(tǒng)允許的最大電流限制外，還需考慮系統(tǒng)允許的最大過電壓的限制，需滿足

?(4)

同時滿足公式（3）和（4）約束的啟動電阻才能實現(xiàn)啟動初期抑制系統(tǒng)過電壓和過電流的功能，且得到的臨界啟動電阻是能夠同時可靠抑制啟動第一階段的過電壓和過電流，以滿足交直流系統(tǒng)的安全性要求。

2.啟動電阻臨界投入時間計算

當直流電容的充電電流衰減至一個很小值時，可以（近似）認為直流側電容已充滿，充電過程結束，此時公共聯(lián)絡點PCC1的電壓和換流器出口處的電壓間電流近似為0，兩者間電勢可認為近似相等。這里，取一個略大于臨界啟動電阻的電阻作為啟動電阻，為了盡量減小啟動電阻造成的能量損失，取值不易過大。將代入沖擊電流的計算公式（2），當沖擊電流小于一定門檻值時，即可認為充電過程結束，此時對應的時間即為限流電阻大小配置為時的限流電阻臨界投入時間。

3.VSC-HVDC向無源電網供電和聯(lián)結兩個有源電網時啟動電阻設計的區(qū)別