專利名稱：控制用于支持ac系統(tǒng)的高壓dc系統(tǒng)的逆變器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及電力傳輸系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于控制連接到AC電力系統(tǒng)的AC電壓母線的逆變器裝置的方法和控制裝置、這樣的逆變器裝置以及直流電力傳輸系統(tǒng)。
背景技術：
與連接到弱AC網(wǎng)絡的高壓直流(HVDC)轉換器相關的現(xiàn)象已經(jīng)被深入地研究。 例如參考"Guide for planning DC links terminating at AC locations having Low Short-Circuit capacities " -Part I :AC/DC interaction phenomena ' , CIGRE working group 14. 07, Report 68,1992 年 6 月禾口" IEEE guide for planning DC links terminating at AC locations having Low Short-Circuit capacities " , IEEE Std 1204-1997。這些現(xiàn)象對HVDC系統(tǒng)的設計有不同的暗示。下面的問題尤為關注 電壓/功率不穩(wěn)定的風險 高的暫時過電壓 低頻諧振 長的重啟時間 換向失敗的風險
所有這些因素都影響系統(tǒng)性能，為了減輕它們的影響，可能需要安裝額外的元件， 諸如靜態(tài)或同步補償器，這增加了所安裝的設備的總體成本。通過短路比SCR來給出AC系統(tǒng)的強度的量度。這被定義為AC網(wǎng)絡在換向母線處的短路容量與標稱DC功率電平之間的比率。如果SCR低于3，則AC系統(tǒng)通常被視為是弱的。當具有線換向(line-commutated)轉換器的HVDC轉換器連接到弱AC系統(tǒng)時，電壓/功率穩(wěn)定性是基本的關注問題。不穩(wěn)定情況下的基本機制是所連接的電力系統(tǒng)不能提供轉換器維持可接受的系統(tǒng)電壓所需的無功功率。線換向逆變器的傳統(tǒng)設計采取以恒定的熄滅角(extinction angle) γ來工作。這種設計允許轉換器以最小無功功率消耗來工作，并且允許無功功率分流補償?shù)牧繙p小。替代地，也可以找到其它工作性質，諸如恒定的DC電壓或恒定的點火角(firing angle) α。 然而，所有這些工作條件暗示了在所連接的AC系統(tǒng)的強度方面類似的限制條件。為了減輕轉換器和所連接的AC系統(tǒng)之間的互作用，已經(jīng)開發(fā)了使用電容器換向轉換器(CCC轉換器)的轉換器。CCC轉換器是傳統(tǒng)的基于晶閘管的轉換器，其設有在轉換器閥和轉換器變壓器之間布置的串聯(lián)電容器。在這些轉換器中使用的串聯(lián)電容器常常被稱為換向電容器。例如，Τ，Jonsson 禾口 P. Ε. Bj0rklllIld在〃 Capacitor Commutated Converters for HVDC“ , IEEE PES PowerTech conference, Stockholm,44-51 頁，1995 年 6月中描述了這種類型的轉換器。
根據(jù)Jonsson和Bj0rkhmd的文章，尤其是當ccc轉換器連接到弱AC系統(tǒng)時， CCC轉換器與常規(guī)HVDC轉換器相比具有改善的性能。研究已經(jīng)表明，有可能可以將這些類型的轉換器連接到弱達SCR= 1的AC系統(tǒng)。在此應當注意，具有線換向轉換器以及無來自串聯(lián)電容器的輔助的轉換器的常規(guī)HVDC系統(tǒng)被限制于SCR ^ 2。然而，當兩種類型的轉換器即常規(guī)和CCC轉換器所連接到的AC系統(tǒng)弱時，仍然需要改善它們的工作。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是當用于在AC和DC之間轉換的轉換器連接到弱AC系統(tǒng)時提供對該轉換器的改善的控制。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這個目的是通過一種用于控制連接到AC電力系統(tǒng)的AC 電壓母線并且在DC電力和AC電力之間轉換的逆變器裝置的方法來實現(xiàn)的，所述方法包括以下步驟接收所述AC電壓母線處的電壓的測量結果，以及基于接收到的所述測量結果來控制所述逆變器裝置在所述母線上提供恒定的AC 電壓。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，這個目的是通過一種用于控制連接到AC電力系統(tǒng)的AC 電壓母線的逆變器裝置的控制裝置來實現(xiàn)的，所述控制裝置被配置成接收所述AC電壓母線處的電壓的測量結果，并且控制所述逆變器裝置在所述母線上提供恒定的AC電壓。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，這個目的是通過一種用于連接到AC電力系統(tǒng)的AC電壓母線并且被配置成在DC電力和AC電力之間轉換的逆變器裝置來實現(xiàn)的，所述逆變器裝置包括電壓轉換部分，以及控制單元，其被配置成接收所述AC電壓母線處的電壓的測量結果，并且控制所述電壓轉換部分在所述母線上提供恒定的AC電壓。此外，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，這個目的是通過一種用于連接到AC電力系統(tǒng)的AC 電壓母線的直流電力傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)的，所述直流電力傳輸系統(tǒng)包括被配置成在DC電力和AC電力之間轉換的逆變器裝置以及控制裝置，所述控制裝置被配置成接收所述AC電壓母線處的電壓的測量結果，并且控制所述逆變器裝置在所述母線上提供恒定的AC電壓。本發(fā)明具有多個優(yōu)點。它可以與弱AC系統(tǒng)相組合。通過模仿根據(jù)本發(fā)明的原理的電壓源轉換器，有可能向AC系統(tǒng)產(chǎn)生無功功率以及從AC系統(tǒng)吸收無功功率，這增大了組合的AC和DC系統(tǒng)的瞬態(tài)機械和電壓穩(wěn)定性。


下面將參考附圖描述本發(fā)明，在附圖中圖1示意性地示出了整流器轉換器和逆變器轉換器的Ud。/Id。特性，
圖2示出了描述HVDC傳輸鏈路的工作的整流器轉換器和逆變器轉換器的Ud。/Id。 特性，圖3示意性地示出了具有經(jīng)由三相變壓器連接到三相電壓源的串聯(lián)電容器的 HVDC轉換器的換向電路，圖4示出了傳統(tǒng)和CCC轉換器的UdcZIdc特性的比較，圖5A示出了具有等于2的短路比率的傳統(tǒng)HVDC系統(tǒng)的MPC曲線，圖5B示出了也具有等于2的短路比率的CCC HVDC系統(tǒng)的MPC曲線，圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的HVDC系統(tǒng)。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器轉換器的控制裝置的示意框圖，圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的多個方法步驟的流程圖，圖9示出了提供點火角控制的根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的變化形式中的一些單元的示意框圖，圖10示出了提供換向裕度的確定的多個單元的示意框圖，圖11示出了下垂(droop)控制單元的示意框圖，圖12示出了電壓控制松弛單元的示意框圖，圖13示意性地示出了偏差工作檢測單元，圖14示出了傳統(tǒng)轉換器、CCC轉換器和根據(jù)本發(fā)明的原理控制的CCC轉換器的
Ud。/Id。特性的比較，并且圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的具有恒定AC電壓控制的CCC轉換器的和具有恒定換向裕度控制的CCC逆變器轉換器的MPC曲線。
具體實施例方式下面，將給出根據(jù)本發(fā)明的裝置、方法和系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的詳細說明。然而，首先，將給出與傳統(tǒng)控制策略相關的一些背景信息。用于控制DC線上的電力流的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可以在兩個轉換器站的Ud。/Id。特性 (表示流過轉換器的直流電流Id。與轉換器上的直流電壓Udc之間的關系的特性)中被可視化。這在圖1中示意性地示出，圖1示出了整流器(在第一象限中)和逆變器(在第四象限中，具有陰影線)的特性?；旧希梢酝ㄟ^下面的整流器關系來描述整流器的Ud。/Id。特性
權利要求
1.一種用于控制連接到AC電力系統(tǒng)(14)的AC電壓母線(13)并且在DC電力和AC電力之間轉換的逆變器裝置(18)的方法，所述方法包括以下步驟接收(50)所述AC電壓母線處的電壓(Uac)的測量結果，以及基于接收到的所述測量結果來控制所述逆變器裝置在所述母線上提供恒定的AC電壓。
2.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述逆變器裝置(18)包括多個轉換器閥 (VI，V2，V3，V4，V5，V6)，并且對所述逆變器裝置的所述控制包括控制(64)這些轉換器閥的點火角(α )，以便向所述AC電壓母線產(chǎn)生無功功率或者從所述AC電壓母線吸收無功功率。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，對所述逆變器裝置的所述控制包括進一步的步驟確定(52)依賴于AC電壓的控制因子(aMX UAC)，其中，基于所述依賴于AC電壓的控制因子和換向裕度(Y ’)來進行對所述點火角的所述控制。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，進一步包括如下步驟確定(56)基于換向裕度的控制因子(αΜχ )，并且組合(58)所述依賴于AC電壓的控制因子和基于換向裕度的控制因子，以便控制所述點火角。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述組合的步驟包含在所述基于換向裕度的控制因子和所述依賴于AC電壓的控制因子中選擇具有最低值的因子。
6.根據(jù)權利要求3-5中的任一項所述的方法，進一步包括如下步驟基于下垂增益 (Kdroop)以及最大和最小換向裕度(Λ' MX' Y' θ)來調整所述依賴于AC電壓的控制因子。
7.根據(jù)權利要求3-6中的任一項所述的方法，進一步包括如下步驟將所述依賴于AC 電壓的控制因子(Uackef)與工作條件閾值相比較，并且在超過所述閾值的情況下，經(jīng)由DC 電力線OO)向連接到所述逆變器的整流器(16)的控制單元02)發(fā)送功率減小指令(PRO) 以減小所述DC電力線的DC電流。
8.根據(jù)權利要求2-7中的任一項所述的方法，其中，所述依賴于AC電壓的控制因子被用于獲得在所述點火角的所述控制中使用的可變最大點火角延遲(a mx)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，進一步包括如下步驟基于直流控制08)來確定(32) 點火角指令，其中，所述點火角指令的量值由所述可變最大點火角延遲(Qmax)限制。
10.一種用于控制連接到AC電力系統(tǒng)(14)的AC電壓母線(13)的逆變器裝置(18)的控制裝置(M)，所述控制裝置被配置成接收所述AC電壓母線處的電壓(Uac)的測量結果，以及控制所述逆變器裝置在所述母線上提供恒定的AC電壓。
11.根據(jù)權利要求10所述的控制裝置，其中，所述逆變器裝置包括多個轉換器閥(VI， V2,V3, V4，V5，V6)，并且所述控制單元被配置成通過如下方式控制所述逆變器裝置控制所述轉換器閥的點火角，以便向所述AC電壓母線產(chǎn)生無功功率或者從所述AC電壓母線吸收無功功率。
12.根據(jù)權利要求11所述的控制裝置，進一步包括AC電壓控制器(36)，所述AC電壓控制器(36)被配置成確定依賴于AC電壓的控制因子(aMX UAC)，其中，基于所述依賴于AC 電壓的控制因子和換向裕度(Y ’)來進行對所述點火角的所述控制。
13.根據(jù)權利要求12所述的控制裝置，進一步包括a-max控制器04)，所述α -max控制器G4)被配置成確定基于換向裕度的控制因子(αΜΧ )；以及組合單元(42)，所述組合單元G2)被配置成組合所述依賴于AC電壓的控制因子和所述基于換向裕度的控制因子，以便控制所述點火角。
14.根據(jù)權利要求13所述的控制裝置，其中，所述組合單元被配置成在所述基于換向裕度的控制因子和所述依賴于AC電壓的控制因子中選擇具有最低值的控制因子。
15.根據(jù)權利要求12-14中的任一項所述的控制裝置，進一步包括下垂控制單元(87)， 所述下垂控制單元(87)被配置成基于下垂增益(Kdrap)以及最大和最小換向裕度(Λ' μχ， Y ‘ ο)來調整所述依賴于AC電壓的控制因子。
16.根據(jù)權利要求12-15中的任一項所述的控制裝置，進一步包括偏差工作檢測單元 (109)，所述偏差工作檢測單元(109)被配置成將所述依賴于AC電壓的控制因子(UAC KEF)與工作條件閾值相比較，并且在超過所述閾值的情況下，經(jīng)由DC電力線OO)向連接到所述逆變器裝置的整流器(16)的控制單元02)發(fā)送功率減小指令(PRO)以減小所述DC電力線的DC電流。
17.根據(jù)權利要求12-16中的任一項所述的控制裝置，進一步包括經(jīng)由最大限制端子 (max lim)連接到所述組合單元的電流控制器放大器(32)。
18.一種用于連接到AC電力系統(tǒng)(14)的AC電壓母線(13)并且被配置成在DC電力和 AC電力之間轉換的逆變器裝置(18)，所述逆變器裝置包括電壓轉換部分，以及控制單元(M)，所述控制單元04)被配置成接收所述AC電壓母線處的電壓(Uac)的測量結果，并且控制所述電壓轉換部分在所述母線上提供恒定的AC電壓。
19. 一種用于連接到AC電力系統(tǒng)(14)的AC電壓母線(13)的直流電力傳輸系統(tǒng)(10)， 所述直流電力傳輸系統(tǒng)(10)包括被配置成在DC電力和AC電力之間轉換的逆變器裝置 (18)以及控制裝置(M)，所述控制裝置被配置成接收所述AC電壓母線處的電壓(Uac)的測量結果，并且控制所述逆變器裝置在所述母線上提供恒定的AC電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制逆變器裝置的方法、控制裝置以及逆變器裝置和直流電力傳輸系統(tǒng)。直流電力傳輸系統(tǒng)(10)被提供用于連接到AC電力系統(tǒng)(14)的AC電壓母線(13)，并且包括控制裝置(24)以及在DC電力和AC電力之間轉換的逆變器裝置(18)。控制裝置(24)接收AC電壓母線(13)處的電壓(VAC)的測量結果，并且控制逆變器裝置(18)在該母線上提供恒定的AC電壓。
文檔編號H02J3/36GK102549872SQ201080026919
公開日2012年7月4日 申請日期2010年6月15日 優(yōu)先權日2009年6月18日
發(fā)明者保羅·菲舍爾德托萊多 申請人:Abb技術有限公司