[发明专利]高压直流系统和控制高压直流系统中的电压源变换器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制高压直流(HVDC，high voltage direct current)系 统中的电压源变换器的方法和HVDC系统。

背景技术

HVDC系统包括第一和第二变换器站，每一个包含电压源变换器 (VSC，voltage source converter)，用于将电力从第一交流(AC)网络 传送到第二AC网络。

电压源变换器(VSC)不仅在高压直流(HVDC)系统中使用，还用 作例如静态无功补偿器(SVC，Static Var Compensator)。在HVDC应用 中，电压源变换器连接在直流(DC)链路和AC网络之间，在作为静态 无功补偿器的应用中，电压源变换器连接在直流电压源和AC网络之间。 在这两种应用中，电压源变换器必须能够产生频率与AC网络的频率相同 的AC电压。通过关于AC网络的电压分别调制电压源变换器产生的AC 电压的幅值和相位来控制通过变换器的无功和有功功率流。

尤其是，安装有串联连接的晶体管(IGBT)的电压源变换器使得这 种类型的变换器可以在比较高的电压使用。脉冲宽度调制(PWM，pulse  width modulation)用于控制产生的AC电压，这使得能够对电压进行快 速的控制。

根据通过引用包含于此的US 6400585，用于HVDC系统中的变换器 站的电压控制的控制系统是先前已知的。该控制系统的目的是在异常电压 状况下也将直流链路的电压保持在安全工作界限内。

已知的HVDC系统包括第一和第二变换器站，每一个变换器站在DC 链路的每一侧具有连接在DC链路和AC网络之间的电压源变换器。变换 器站的电流控制系统具有通过影响AC网络中的母线电压和电压源变换 器的桥电压之间的相移(phase displacement)来控制DC链路和AC网 络之间的有功功率流的装置。下面进一步解释术语母线电压和桥电压。控 制系统包括响应于DC链路处异常电压状况的指示产生相变命令信号 (phase change order signal)的装置、以及响应于所述相变命令信号影响 桥电压的相位的装置，以保证桥电压和母线电压之间的相移产生从DC链 路到AC网络的有功功率流。锁相环(PLL，phase-locked loop)装置保 证变换器站的控制系统与AC网络的母线电压的相位同步地工作。

DC链路中的有功功率流必须是平衡的。这意味着离开该链路的有功 功率必须等于该链路接收的功率。任何差异可能导致DC电压急剧增大或 者减小。为了实现这种功率平衡，变换器站中的一个对DC电压进行控制。 因此，另一个变换器站相应地可以通过控制DC电流来控制DC链路的有 功功率流。通常，上游变换器站控制DC电压，而下游变换器站控制有功 功率流。

从Qahraman等人的“An electromagnetic transient simulation model  for voltage sourced converter based HVDC transmission”，Canadian  Conference on Electrical and Computer Engineering，Niagara Falls，Ont.， Canada，2-5May 2004，vol.2，pages 1063-1066，ISBN：0-7803-8253-6，对 电压源变换器中的有功和无功功率的单独控制是已知的，其中比例积分控 制器作用于实际的无功功率误差以分别生成到内PWM控制器的电压参 考的幅值和相位。

在AC网络或者AC电网中大面积断电之后恢复电力可能非常困难。 需要使多个电站重新并网(on-line)。通常，这借助于来自电网的其余部 分的电力来完成。在没有电网电力时，需要进行所谓的黑启动(black start) 以引导电网工作。

为了提供黑启动，典型地一些电站安装有小的柴油发电机，柴油发电 机可以用于启动具有几兆瓦容量的较大的发电机，较大的发电机继而可以 用于启动主电站发电机。使用汽轮机的发电厂需要多达其容量的10％的 厂用电(station service power)用于锅炉给水泵、锅炉送风助燃空气鼓风 机以及用于燃料准备。然而，在每一个站处提供这样大的待机容量不经济， 因此必须通过输电网络从其它站提供黑启动电力。

基于实际场景的典型的黑启动序列如下：