适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置及方法与流程

1.本发明实施例涉及电网控制技术领域，尤其涉及一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置及方法。


背景技术：

2.与交流输电技术相比，直流输电技术，尤其是背靠背直流输电技术兼具优良的经济性、互连性和可控性，因而在当前电力系统中得到了广泛的推广应用。
3.然而，现有的背靠背直流输电系统调试方法通常需要对电网运行方式进行较大范围的调节或变动，通过安排发电出力和调整功率曲线等方式以满足输电系统的调试要求。基于此，现有调试方法不仅易于造成非必要的资源耗费，还提高了输电系统有功功率的调试需求，一旦调试过程中出现偏差或故障，有可能引起输电系统潮流的大范围转移，严重影响输电系统的稳态运行。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置及方法，以削减系统调试成本，降低输电系统有功功率的调试需求，有利于规避调试过程中潜在的作业风险。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置，所述换流站包括四个变换单元和四个换流变压器，所述四个换流变压器分别为第一换流变压器、第二换流变压器、第三换流变压器和第四换流变压器，所述四个变换单元分别为第一变换单元、第二变换单元、第三变换单元和第四变换单元；每一个所述换流变压器通过一第一高压开关连接一交流侧；所述第一变换单元连接所述第二变换单元，所述第一变换单元连接所述第一换流变压器未连接所述第一高压开关的一侧；所述第二变换单元连接所述第二换流变压器未连接所述第一高压开关的一侧；所述第三变换单元连接所述第四变换单元，所述第三变换单元连接所述第三换流变压器未连接所述第一高压开关的一侧；所述第四变换单元连接所述第四换流变压器未连接所述第一高压开关的一侧；所述第一换流变压器通过第二高压开关连接所述第三换流变压器；所述第二换流变压器通过第三高压开关连接所述第四换流变压器；
6.所述适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置包括：
7.开关控制模块，用于控制任一交流侧所连接的所述第一高压开关闭合，控制其他所述第一高压开关断开，并控制第二高压开关和第三高压开关闭合；
8.变换单元启动模块，用于从闭合的所述第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一所述变换单元满足运行条件后启动后一所述变换单元。
9.可选地，所述变换单元启动模块具体用于，在前一所述变换单元满足运行条件后启动后一所述变换单元，以控制有功功率在各所述变换单元内部循环，以及控制无功功率
在依次启动的第一个所述变换单元和第三个所述变换单元之间循环，并控制无功功率在依次启动的第二个所述变换单元和第四个所述变换单元之间循环。
10.可选地，所述变换单元启动模块包括：
11.整流模式控制单元，用于对依次启动的第一个所述变换单元和第三个所述变换单元的直流环节进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压；
12.逆变模式控制单元，用于对依次启动的第二个所述变换单元和第四个所述变换单元进行逆变模式的启动。
13.可选地，以闭合的所述第一高压开关所连接的交流侧作为有功功率输入来源。
14.可选地，所述变换单元启动模块依次启动的第一个所述变换单元和第三个所述变换单元的有功功率控制目标为控制直流电压为额定电压，无功功率为0。
15.第二方面，本发明实施例还提供了一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制方法，其中，由本发明第一方面实施例所提供的一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置执行所述方法，包括：
16.控制任一交流侧所连接的所述第一高压开关闭合，控制其他所述第一高压开关断开，并控制所述第二高压开关和所述第三高压开关闭合，从闭合的所述第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一所述变换单元满足运行条件后启动后一所述变换单元。
17.可选地，在前一所述变换单元满足运行条件后启动后一所述变换单元以控制有功功率在各所述变换单元内部循环，以及控制无功功率在依次启动的第一个所述变换单元和第三个所述变换单元之间循环，并控制无功功率在依次启动的第二个所述变换单元和第四个所述变换单元之间循环。
18.可选地，从闭合的所述第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一所述变换单元满足运行条件后启动后一所述变换单元，包括：
19.对依次启动的第一个所述变换单元和第三个所述变换单元的直流环节进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压；
20.对依次启动的第二个所述变换单元和第四个所述变换单元进行逆变模式的启动。
21.可选地，以闭合的所述第一高压开关所连接的交流侧作为有功功率输入来源。
22.可选地，依次启动的第一个所述变换单元和第三个所述变换单元的有功功率控制目标为控制直流电压为额定电压，无功功率为0。
23.本发明实施例所提供的技术方案，通过开关控制模块控制任一交流侧所连接的第一高压开关闭合，控制其他第一高压开关断开，并控制第二高压开关和第三高压开关闭合；通过变换单元启动模块从闭合的第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一变换单元满足运行条件后启动后一变换单元。由此可知，在调试开始后，调试功率自任一交流侧输入换流站，经过一第一高压开关、第一个换流变压器、第一个变换单元、第二个变换单元、第二个换流变压器、第二高压开关、第三个换流变压器、第三个变换单元、第四个变换单元、第四个换流变压器和第三高压开关后重新流向第一个换流变压器，实现了调试功率在换流站的往复循环，进而完成了换流站的系统调试。
24.基于此，本发明实施例通过设置任一交流侧作为调试功率入口，克服了现有背靠背直流输电系统调试方法需要对电网运行方式进行较大范围的调节或变动，易于造成非必要的资源耗费的问题，解决了现有调试方法因对输电系统有功功率的调试需求偏高，而可能引起输电系统潮流的大范围转移，进而威胁输电系统稳态运行的缺陷，不仅有效削减了系统调试成本，还能降低输电系统有功功率的调试需求，有利于规避调试过程中潜在的作业风险。
附图说明
25.图1是本发明实施例提供的一种并联背靠背运行方式的换流站的结构示意图；
26.图2是本发明实施例提供的一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制方法的流程图；
27.图3是本发明实施例提供的一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图；
28.图4是本发明实施例提供的另一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图；
29.图5是本发明实施例提供的又一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图；
30.图6是本发明实施例提供的又一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图；
31.图7是本发明实施例提供的另一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制方法的流程图；
32.图8是本发明实施例提供的一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置的结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
34.图1是本发明实施例提供的一种并联背靠背运行方式的换流站的结构示意图。参见图1，换流站包括四个变换单元和四个换流变压器，四个换流变压器分别为第一换流变压器ta1、第二换流变压器ta2、第三换流变压器tb1和第四换流变压器tb2，四个变换单元分别为第一变换单元ca1、第二变换单元ca2、第三变换单元cb1和第四变换单元cb2；每一个换流变压器通过一第一高压开关连接一交流侧；第一变换单元ca1连接第二变换单元ca2，第一变换单元ca1连接第一换流变压器ta1未连接第一高压开关ka1的一侧；第二变换单元ca2连接第二换流变压器ta2未连接第一高压开关ka2的一侧；第三变换单元cb1连接第四变换单元cb2，第三变换单元cb1连接第三换流变压器tb1未连接第一高压开关kb1的一侧；第四变换单元cb2连接第四换流变压器tb2未连接第一高压开关kb2的一侧；第一换流变压器ta1通过第二高压开关k1连接第三换流变压器tb1；第二换流变压器ta2通过第三高压开关k2连接第四换流变压器tb2。
35.其中，上述第一高压开关、第二高压开关k1和第三高压开关k2可以但不限于是高压断路器、高压隔离开关或高压负荷开关等。
36.继续参见图1，可知地，第一换流变压器ta1、第二换流变压器ta2、第三换流变压器tb1和第四换流变压器tb2用于接入一交流电压，并根据换流站的实际工程需要，适应性输出另一交流电压。此外，第一变换单元ca1、第二变换单元ca2、第三变换单元cb1和第四变换单元cb2用于实现交流-直流或直流-交流的功率变换，并在功率变换过程中控制一个或多个直流或交流调试参数。
37.在如图1所示的并联背靠背运行方式的换流站的基础上，图2是本发明实施例提供的一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制方法的流程图。本发明实施例可适用于并联背靠背运行方式的换流站实时调试及参数控制场景，该方法可以由本发明实施例中的适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置执行，该装置可以由软件和/或硬件来实现。如图2所示，该换流站调试控制方法具体包括如下步骤：
38.s210、控制任一交流侧所连接的第一高压开关闭合，控制其他第一高压开关断开，并控制第二高压开关和第三高压开关闭合。
39.其中，当任一交流侧所连接的第一高压开关、第二高压开关k1和第三高压开关k2处于闭合状态，而其他第一高压开关断开时，换流站能够适应性形成一由两个背靠背直流运行输电回路所构成的调试电路。
40.s220、从闭合的第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一变换单元满足运行条件后启动后一变换单元。
41.其中，示例性地，图3是本发明实施例提供的一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图。参见图3，当第一高压开关ka1、第二高压开关k1和第三高压开关k2闭合，第一高压开关ka2、第一高压开关kb1和第一高压开关kb2断开时，第一变换单元ca1开始启动，沿连接的顺时针方向，在第一变换单元ca1满足运行条件后相继启动第二变换单元ca2、第四变换单元cb2和第三变换单元cb1。
42.示例性地，图4是本发明实施例提供的另一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图。参见图4，当第一高压开关ka2、第二高压开关k1和第三高压开关k2闭合，第一高压开关ka1、第一高压开关kb1和第一高压开关kb2断开时，第二变换单元ca2开始启动，沿连接的逆时针方向，在第二变换单元ca2满足运行条件后相继启动第一变换单元ca1、第三变换单元cb1和第四变换单元cb2。
43.示例性地，图5是本发明实施例提供的又一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图，参见图5，当第一高压开关kb1、第二高压开关k1和第三高压开关k2闭合，第一高压开关ka1、第一高压开关ka2和第一高压开关kb2断开时，第三变换单元cb1开始启动，沿连接的逆时针方向，在第三变换单元cb1满足运行条件后相继启动第四变换单元cb2、第二变换单元ca2和第一变换单元ca1。
44.示例性地，图6是本发明实施例提供的又一种并联背靠背运行方式的换流站的调试环路示意图，参见图6，当第一高压开关kb2、第二高压开关k1和第三高压开关k2闭合，第一高压开关ka1、第一高压开关ka2和第一高压开关kb1断开时，第四变换单元cb2开始启动，沿连接的顺时针方向，在第四变换单元cb2满足运行条件后相继启动第三变换单元cb1、第一变换单元ca1和第二变换单元ca2。
45.除此以外，可选地，在前一变换单元满足运行条件后启动后一变换单元以控制有功功率在各变换单元内部循环，以及控制无功功率在依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元之间循环，并控制无功功率在依次启动的第二个变换单元和第四个变换单元之间循环。
46.可以理解的是，无论哪一交流侧所连接的第一高压开关闭合，调试功率先后流过的第一个变换单元和第二个变换单元背靠背运行，第三个变换单元和第四个变换单元背靠背运行。同时，由于第一个变换单元和第二个变换单元之间，以及第三个变换单元和第四个变换单元之间均为直流，因而第一个变换单元和第二个变换单元之间，以及第三个变换单元和第四个变换单元之间不存在往复循环的无功功率。基于此，有功功率可以在各个变换单元之间进行内部循环，无功功率会在依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元之间，以及第二个变换单元和第四个变换单元之间循环。
47.本发明实施例通过控制任一交流侧所连接的第一高压开关闭合，控制其他第一高压开关断开，并控制第二高压开关和第三高压开关闭合，从闭合的第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一变换单元满足运行条件后启动后一变换单元。由此可见，在调试开始后，调试功率自任一交流侧输入换流站，经过一第一高压开关、第一个换流变压器、第一个变换单元、第二个变换单元、第二个换流变压器、第二高压开关、第三个换流变压器、第三个变换单元、第四个变换单元、第四个换流变压器和第三高压开关后重新流向第一个换流变压器。基于此，本发明实施例实现了调试功率在换流站的往复循环，不仅能够控制有功功率在各变换单元内部循环，以及控制无功功率在依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元之间循环，还能控制无功功率在依次启动的第二个变换单元和第四个变换单元之间循环，进而完成了换流站的系统调试。
48.综上所述，本发明实施例通过设置任一交流侧作为调试功率入口，克服了现有背靠背直流输电系统调试方法需要对电网运行方式进行较大范围的调节或变动，易于造成非必要的资源耗费的问题，解决了现有调试方法因对输电系统有功功率的调试需求偏高，而可能引起输电系统潮流的大范围转移，进而威胁输电系统稳态运行的缺陷，不仅有效削减了系统调试成本，还能降低输电系统有功功率的调试需求，有利于规避调试过程中潜在的作业风险。
49.在上述各实施例的基础上，图7是本发明实施例提供的另一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制方法的流程图。如图7所示，该换流站调试控制方法具体包括如下步骤：
50.s710、控制任一交流侧所连接的第一高压开关闭合，控制其他第一高压开关断开，并控制第二高压开关和第三高压开关闭合。
51.s720、对依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元的直流环节进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压。
52.其中，预设值可以是低于额定工作电压的任一电压值，可以理解的是，预设值和额定工作电压与第一个变换单元和第三个变换单元的直流环节的实际结构和特征参数相关，本发明实施例对此不进行限制。
53.可知地，对依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元的直流环节进行不控充
电，再进入可控整流充电的原因在于：对于依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元而言，在上述两个变换单元刚刚启动时，两变换单元内部直流环节的控制元件尚未工作，能够实现不控充电；当直流环节的直流电压达到预设值后，两变换单元内部直流环节的控制元件正常工作，使得两变换单元内部直流环节进入可控整流充电状态，直至直流电压达到额定工作电压。基于此，可选地，依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元的有功功率控制目标为控制直流电压为额定电压，无功功率为0。
54.继续参见图3，可知地，在调试过程中，第一变换单元ca1和第四变换单元cb2的直流环节先后进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压。
55.继续参见图4，可知地，在调试过程中，第二变换单元ca2和第三变换单元cb1的直流环节先后进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压。
56.继续参见图5，可知地，在调试过程中，第三变换单元cb1和第二变换单元ca2的直流环节先后进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压。
57.继续参见图6，可知地，在调试过程中，第四变换单元cb2和第一变换单元ca1的直流环节先后进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压。
58.s730、对依次启动的第二个变换单元和第四个变换单元进行逆变模式的启动。
59.其中，继续参见图3，可知地，在调试过程中，第二变换单元ca2和第三变换单元cb1先后完成逆变模式的启动。继续参见图4，可知地，在调试过程中，第一变换单元ca1和第四变换单元cb2先后完成逆变模式的启动。继续参见图5，可知地，在调试过程中，第四变换单元cb2和第一变换单元ca1先后完成逆变模式的启动。继续参见图6，可知地，在调试过程中，第三变换单元cb1和第二变换单元ca2先后完成逆变模式的启动。
60.可知地，当任一第一高压开关闭合时，与该第一高压开关相连的交流侧可以作为调试功率的功率入口；此外，在系统调试过程中，调试回路中的阻抗会消耗有功功率，因而为了维持回路中各设备的调试需求，与该第一高压开关相连的交流侧还可以作为后续系统补偿用有功功率的功率入口。基于此，可选地，以闭合的第一高压开关所连接的交流侧作为有功功率输入来源。
61.可知地，图3以交流侧a1作为有功功率输入来源；图4以交流侧a2作为有功功率输入来源；图5以交流侧b1作为有功功率输入来源；图6以交流侧b2作为有功功率输入来源。
62.继续参见图3，示例性地，本发明实施例所提供的又一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制方法具体包括如下步骤：
63.首先，启动第一变换单元ca1，启动模式为整流模式，有功功率控制目标为控制直流电压为u
dc1ref
，无功功率为0。对第一变换单元ca1的直流环节进行不控充电，当直流环节的的直流电压达到某一预设值u
dc1pre
，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压u
dc1ref
。
64.然后，当ca1已经满足运行条件，启动第二变换单元ca2，启动模式为逆变模式，控制第二变换单元ca2输出交流电压为v
s2
，频率为f2。
65.接着，当第二变换单元ca2正常工作之后，启动第四变换单元cb2，启动模式为整流模式。对第四变换单元cb2的直流环节进行不控充电，当直流环节的直流电压达到另一预设值，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定工作电压u
dc2ref
。
66.最后，当cb2已经满足运行条件，启动第三变换单元cb1，启动模式为逆变模式，控制第三变换单元cb1的有功功率为p
ref3
和无功功率为q
ref3
。
67.假设第一变换单元ca1的有功功率实测值为p1，无功功率实测值为q1；第二变换单元ca2的有功功率实测值为p2，无功功率实测值为q2；第三变换单元cb1的有功功率实测值为p3，无功功率实测值为q3；第四变换单元cb2的有功功率实测值为p4，无功功率实测值为q4；交流侧a1的有功功率实测值为p
s1
，无功功率实测值为q
s1
；交流侧a2的有功功率实测值为p
s2
，无功功率实测值为q
s2
；交流侧b1的有功功率实测值为p
s3
，无功功率实测值为q
s3
；交流侧b2的有功功率实测值为p
s4
，无功功率实测值为q
s4
。此外，设定第一变换单元ca1的控制目标为直流电压和无功功率，直流电压参考值为u
dcref1
，无功参考值为q
ref1
；设定第二变换单元ca2的控制目标为交流电压和频率，交流电压参考值为v
ref2
，频率参考值为f
ref2
；设定第三变换单元cb1的控制目标为有功功率和无功功率，有功功率参考值为p
ref3
，无功参考值为q
ref3
；设定第四变换单元cb2的控制目标为直流电压和无功功率，直流电压参考值为u
dcref4
，无功参考值为q
ref4
。
68.基于上述换流站调试控制方法，本发明实施例能够实现有功功率在第一变换单元ca1、第二变换单元ca2、第四变换单元cb2和第三变换单元cb1的内部循环，该有功功率的大小为p
ref3
。同时，通过设置无功功率参考值q
ref1
等于-q
ref3
，本发明实施例能够实现了无功功率在第一变换单元ca1和第三变换单元cb1之间循环，该无功功率大小为q
ref1
。相应地，本发明实施例还通过设置无功参考值q
ref4
，实现了无功功率在第二变换单元ca2和第四变换单元cb2之间循环，该无功功率大小为q
ref4
。由此可见，在调试过程中，外部电网仅需补充功率循环过程中调试回路的有功功率损耗p
s1
，该有功功率损耗的大小为p1与p4的差值，无功功率能够基本保持为0，因而有效削减了系统调试成本，降低了输电系统有功功率的调试需求，有利于规避调试过程中潜在的作业风险。
69.在上述各实施例的基础上，图8是本发明实施例提供的一种适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置的结构示意图。如图8所示，换流站调试控制装置800包括开关控制模块810和变换单元启动模块820。
70.开关控制模块810用于控制任一交流侧所连接的第一高压开关闭合，控制其他第一高压开关断开，并控制第二高压开关k1和第三高压开关k2闭合。变换单元启动模块820用于从闭合的第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一变换单元满足运行条件后启动后一变换单元。
71.可选地，变换单元启动模块820具体用于在前一变换单元满足运行条件后启动后一变换单元，以控制有功功率在各变换单元内部循环，以及控制无功功率在依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元之间循环，并控制无功功率在依次启动的第二个变换单元和第四个变换单元之间循环。
72.可选地，变换单元启动模块820包括整流模式控制单元和逆变模式控制单元。整流模式控制单元用于对依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元的直流环节进行不控充电，当直流环节的直流电压达到预设值后，再进入可控整流充电，直到直流电压达到额定
工作电压。逆变模式控制单元，用于对依次启动的第二个变换单元和第四个变换单元进行逆变模式的启动。
73.可选地，以闭合的第一高压开关所连接的交流侧作为有功功率输入来源。
74.可选地，变换单元启动模块820依次启动的第一个变换单元和第三个变换单元的有功功率控制目标为控制直流电压为额定电压，无功功率为0。
75.本发明实施例所提供的适用于并联背靠背运行方式的换流站调试控制装置，通过开关控制模块控制任一交流侧所连接的第一高压开关闭合，控制其他第一高压开关断开，并控制第二高压开关和第三高压开关闭合；通过变换单元启动模块从闭合的第一高压开关所连接的变换单元开始启动，沿连接的顺时针或逆时针方向，在前一变换单元满足运行条件后启动后一变换单元。由此可知，在调试开始后，调试功率自任一交流侧输入换流站，经过一第一高压开关、第一个换流变压器、第一个变换单元、第二个变换单元、第二个换流变压器、第二高压开关、第三个换流变压器、第三个变换单元、第四个变换单元、第四个换流变压器和第三高压开关后重新流向第一个换流变压器，实现了调试功率在换流站的往复循环，进而完成了换流站的系统调试。
76.基于此，本发明实施例通过设置任一交流侧作为调试功率入口，克服了现有背靠背直流输电系统调试方法需要对电网运行方式进行较大范围的调节或变动，易于造成非必要的资源耗费的问题，解决了现有调试方法因对输电系统有功功率的调试需求偏高，而可能引起输电系统潮流的大范围转移，进而威胁输电系统稳态运行的缺陷，不仅有效削减了系统调试成本，还能降低输电系统有功功率的调试需求，有利于规避调试过程中潜在的作业风险。
77.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。