[發(fā)明專利]基于H7?CSC的柔性直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710930367.7
• 申請(qǐng)日: 2017-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN107634535A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝全睿;尹曉東;高峰;李華東;張磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué);國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H02J3/36
• 分類號(hào): H02J3/36;H02H7/26;H02H3/06;H02M7/219;H02M7/5387;H02M7/5395;H02M7/797
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性直流輸電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于H7-CSC的柔性直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著清潔能源和可再生能源的發(fā)展，傳統(tǒng)交流電網(wǎng)已難以滿足可再生能源發(fā)電和負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)快速反應(yīng)的要求。而在直流電網(wǎng)中，換流器可以限制電壓波動(dòng)，基于電力電子技術(shù)的直流斷路器可以在ms級(jí)時(shí)間內(nèi)完成電流分?jǐn)啵浜线\(yùn)行控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)潮流的快速調(diào)整。

目前，組成直流電網(wǎng)的換流器可分為兩種：電網(wǎng)電壓換相換流器(Line-commutated converter,LCC)和電壓源型換流器(Voltage source converter,VSC)。LCC換流器采用半可控的晶閘管，需要交流系統(tǒng)提供換相電壓，不能給無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電，連接弱交流系統(tǒng)時(shí)容易引起換相失敗。VSC換流器有功無(wú)功可以獨(dú)立控制，能夠?yàn)闊o(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電，但是VSC無(wú)法隔離直流側(cè)的故障電流，在直流電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，VSC的電容會(huì)放電，產(chǎn)生很大的直流故障電流，因此，基于VSC的直流電網(wǎng)對(duì)直流線路兩端的直流斷路器要求很高，必須能切除很大的直流故障電流，導(dǎo)致直流斷路器過(guò)于昂貴。而與VSC成對(duì)偶形式的電流源型PWM換流器(Current source converter,CSC)，近年來(lái)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、風(fēng)電并網(wǎng)等領(lǐng)域得到理論發(fā)展或工程應(yīng)用。與VSC類似，CSC根除了換相失敗問(wèn)題，且直流故障時(shí)不存在二極管整流通路，具有直流故障自清除能力，使廉價(jià)的架空線代替昂貴的電纜成為可能，此外，CSC的直流側(cè)電感可以抑制直流故障電流的快速上升，大大地降低了直流電網(wǎng)對(duì)直流斷路器的要求，從而大大降低直流斷路器的造價(jià)。

盡管目前端到端直流輸電系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)成熟，但要發(fā)展成為直流電網(wǎng)還面臨一系列新問(wèn)題，可見(jiàn)對(duì)于基于CSC的柔性直流電網(wǎng)的研究具有積極意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于H7-CSC的柔性直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其控制方法，本發(fā)明可以解決換相失敗的問(wèn)題，直流故障時(shí)不存在二極管整流通路，具有直流故障自清除處理能力，可以進(jìn)行故障隔離與系統(tǒng)再啟動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于H7-CSC的柔性直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括直流側(cè)、換流器和交流側(cè)，所述換流器包括7個(gè)橋臂，其中前級(jí)并聯(lián)支路為SiC功率開關(guān)器件與二極管串聯(lián)構(gòu)成，其他6個(gè)橋臂均由一組IGBT與二極管串聯(lián)構(gòu)成，6個(gè)橋臂形成全橋電路，直流側(cè)串聯(lián)大電感，利用高溫超導(dǎo)技術(shù)提升儲(chǔ)能效率，交流側(cè)由電感、電容組成二階低通濾波電路，以濾除流入交流系統(tǒng)的高次諧波。

基于上述結(jié)構(gòu)的調(diào)制方法，在VSC調(diào)制方式的基礎(chǔ)上利用二、三值開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行變換得到，二、三值開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換函數(shù)為

其中，X_j為二值開關(guān)信號(hào)，S_j為三值開關(guān)信號(hào)，j＝a,b,c。

在信號(hào)變換前，對(duì)輸入的參考信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)修正，以抵消二邏輯信號(hào)變換為三邏輯信號(hào)后信號(hào)幅值增大為倍，相位滯后30°的現(xiàn)象。

基于上述結(jié)構(gòu)的參數(shù)控制方法，根據(jù)交流側(cè)的有功功率、無(wú)功功率和直流側(cè)電壓值與交流側(cè)電流的關(guān)系，對(duì)交流側(cè)的有功、無(wú)功及直流電壓的閉環(huán)控制。

基于上述結(jié)構(gòu)的啟動(dòng)控制步驟如下：

(1)先保持各端換流器閉鎖，整流器觸發(fā)延遲角α設(shè)置為90°，H7-CSC有功無(wú)功參考值設(shè)置為0；

(2)解鎖整流器，交流斷路器合閘，投入交流濾波器和電抗支路，觸發(fā)延遲角α由初始值按線性變化規(guī)律調(diào)整到整定值；

(3)解鎖逆變器，功率參考值由初始設(shè)置值按線形變化規(guī)律逐步調(diào)整為額定值；

(4)觸發(fā)延遲角逐漸減小，直流電壓和直流電流逐漸升高，直至電壓電流達(dá)到整定值，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

基于上述結(jié)構(gòu)的直流故障切除控制步驟如下：

(1)發(fā)出閉鎖信號(hào)，快速使H7-CSC進(jìn)行閉鎖；

(2)整流器的定α角控制器迅速調(diào)節(jié)，使α角快速升高至大于90°，整流器以逆變方式運(yùn)行。

系統(tǒng)再啟動(dòng)控制如下：

(1)確保故障完全消除；

(2)系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程與啟動(dòng)過(guò)程相同，各參考值再次由初始狀態(tài)線形變化到整定值；

(3)系統(tǒng)電壓電流達(dá)到整定值，系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)H7-CSC根除了換相失敗的問(wèn)題，直流故障時(shí)不存在二極管整流通路，具有直流故障自清除處理能力，可以進(jìn)行故障隔離與系統(tǒng)再啟動(dòng)。