[发明专利]一种应用于高压直流输电的主动换相型电流源换流器基频控制策略

说明书

本发明提供了一种主动换相型电流源换流器(Current Source Converter，CSC)用于HVDC的基频控制策略，包括基频独立控制策略和基频协调控制策略。基频独立控制策略控制量为直流电流或直流电压，其测量值与参考值经过PI环节和限幅环节后得到触发角，用于生成触发脉冲。基频协调控制策略将两端换流站分为主站和子站，通过协调控制可以实现主站有功无功解耦控制，其控制输入量为有功和无功功率，经外环功率控制器和内环电流控制器后，分别得到主站触发角和子站直流电流参考值。相较于采用中高频脉冲宽度调制的CSC，本发明提供的技术方案能够有效降低直流电压波动，降低开关损耗，并增大有功和无功的运行范围。

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，具体涉及一种主动换相型电流源换流器用于HVDC的基频控制策略。

背景技术

由于能源与用电负荷的空间分布不平衡，高压直流输电被广泛用于远距离大容量输电，目前工程中应用的HVDC换流器有电网换相换流器(Line-commutated Converter，LCC)和电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)两种。LCC具有建设成本低、运行损耗低等优点，但由于采用的器件为晶闸管，存在换相失败的风险；其次，LCC还需要大量的滤波器和无功补偿设备，占地面积巨大；另外，LCC还不能对无源系统供电。这些问题使得LCC的应用受到局限。VSC采用了全控开关器件，在运行性能上得到大幅提升，但也存在很多问题，例如，直流侧故障难以清除，大量电容器件使得换流器的体积庞大，成本造价较高等等。

基于全控型器件的主动换相型电流源换流器(Current Source Converter，CSC)结合了LCC 和VSC的优点，无换相失败问题，无需占地面积很大的无功补偿设备和储能电容，仅需较小的交流滤波电容和滤波电感，造价低、占地少，还可向无源系统供电，因此应用前景十分广阔。

目前CSC广泛采用的控制策略为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)，然而 PWM-CSC应用于HVDC存在很多问题。例如，CSC的直流电压波动剧烈，且谐波复杂，难以完全滤除，无法达到远距离直流输电的要求；另外，PWM-CSC的开关频率较高，不仅损耗大，还给串联器件的均压带来困难；而且由于PWM调制比的限制，交流系统有功和无功的运行范围较小。因此应用于HVDC的CSC控制策略亟需改进。

发明内容

为了克服上述PWM-CSC用于HVDC的直流电压波动大、开关损耗高、有功无功运行范围小等问题，本发明提出了一种基于CSC的基频控制方法，包括基频独立控制和基频协调控制。其特征在于，CSC不再使用PWM调制，而是采用基频调制，每个开关在一个周期内仅开通和关断一次，等间隔触发各桥臂开关器件，且在开关器件导通120°电角度后将其主动关断。

本发明控制策略适用的主站换流器拓扑为n个6脉动CSC级联的CSC，n≥1。此处以n＝2为例进行说明，即以12脉动CSC为例进行说明。12脉动CSC由两台6脉动换流器在直流侧串联、交流侧并联而成，分别为高阀组CSC1和低阀组CSC2；高低阀组的各个桥臂由多个串联的全控开关器件组成，可以是逆阻型IGBT/IGCT，也可以是逆导型IGBT/IGCT与二极管串联；CSC1桥臂交流出口侧并联了星形连接的三相电容C1，再经串联的三相电抗器L1与星星连接的变压器T1相连，接入交流电网；CSC2桥臂交流出口侧并联了星形连接的三相电容C2，再经三相电抗器L2与星角连接的变压器T2相连，接入交流电网。

由于基频调制降低了控制的自由度，基频独立控制只能对单个电气量进行控制，如直流电压、直流电流，而无法对PQ进行解耦控制。

整流侧直流电压U_dc1可由下式得到：

同理可得，逆变侧直流电压U_dc2为：

直流电流I_dc为：