空载加压方法、控制系统及电子设备与流程

1.本技术涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体而言，涉及一种空载加压方法、控制系统及电子设备。


背景技术：

2.柔性直流输电采用电压源型换流器，可以独立、快速控制有功功率和无功功率，从而提高输电系统的稳定性，抑制输电系统频率和电压的波动，提高并网交流系统的稳态性能。随着化石能源的日益枯竭和改善环境压力需求的日益增加，中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，大规模开发和利用新能源势在必行。
3.为了方便地测试在较长一段时间的停运后，或检修后的绝缘水平，直流系统一般配置空载加压试验功能，通过将直流电压升高至额定电压附近以检验换流阀以及直流线路的绝缘是否正常。目前工程中，采用的空载加压方法为通过正常解锁换流器来实现直流电压控制，直流电压控制范围为0.85至1.05倍额定电压。现有方法存在的缺点包括：
4.1)由于充电后子模块电压小于额定工作电压，解锁过程中会存在交流冲击电流，给交流系统带来电流扰动；
5.2)直流充电电压一般在0.7倍额定电压，在0.7倍至0.85倍额定电压范围内直流电压不可控，存在直流电压阶跃的过程。
6.在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.采用一种对交流系统影响较小同时可实现直流电压由充电电压缓慢上升至额定电压的空载加压方法将更适用于柔性直流输电系统。
8.基于此，本技术提供了一种空载加压方法、控制系统及电子设备，在换流器完成交流不控充电后，通过控制桥臂部分子模块导通输出正电压，同时使桥臂其余子模块处于闭锁状态，不导通且不输出正电压，使直流电压升高实现连续可控的空载加压。根据本技术的技术方案，能够实现直流电压在充电电压至额定电压连续可控且不会出现阀整体解锁引起的电流扰动。
9.本技术技术方案的特征和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。
10.根据本技术的一方面，提出一种空载加压的方法，用于柔性直流输电系统的模块化多电平换流器，模块化多电平换流器包括：桥臂、交流开关、交流充电电阻、每个桥臂设置的多个桥臂子模块，方法包括：换流器通过交流开关和交流充电电阻进行交流不控充电，所需时间t1；当满足稳定条件时，根据直流电压指令值和实际直流电压控制至少一个桥臂子模块导通输出正电压，同时使桥臂其余子模块处于闭锁状态。
11.根据一些实施例，模块化多电平换流器进行交流不控充电，所需时间t1，包括：模
块化多电平换流器通过交流开关和交流充电电阻充电，满足所需时间t1后将交流充电电阻旁路。
12.根据一些实施例，当满足稳定条件时，包括：从交流充电电阻被旁路开始，经过设定的延时t2。
13.根据一些实施例，根据直流电压指令值和实际直流电压控制至少一个子模块导通输出正电压具体包括：桥臂子模块导通个数初始为1或小于预定桥臂子模块总数；当实际直流电压小于直流电压指令值时，增加导通个数；当实际直流电压大于直流电压指令值，减小导通个数。
14.根据一些实施例，当实际直流电压小于直流电压指令值时，增加导通个数，包括：导通个数的增加值为1或小于等于桥臂中闭锁子模块个数的任意值。
15.根据一些实施例，当实际直流电压大于直流电压指令值，减小导通个数，包括：导通个数的减小值为1或小于等于桥臂中闭锁子模块个数的任意值。
16.根据一些实施例，当实际直流电压小于直流电压指令值时，增加导通个数n，包括：桥臂中子模块按照电容电压从高到低的顺序优先被导通。
17.根据一些实施例，根据直流电压指令值和实际直流电压控制至少一个子模块导通输出正电压，还包括：单独控制模块化多电平换流器的一个桥臂，或者同时控制多个桥臂。
18.根据本技术的另一方面，提出一种空载加压的控制系统，用于柔性直流输电系统的单个模块化多电平换流器的空载加压，换流器包括：桥臂、交流开关和交流充电电阻、每个桥臂设置的多个子模块，其特征在于，系统包括：极控单元和阀控单元，极控单元包括不控充电子单元和可控加压子单元，其中，极控单元将导通个数n或等效的导通电压下送至阀控单元，阀控单元产生n个桥臂子模块的控制信号。
19.根据一些实施例，极控单元包括：不控充电子单元，用于换流器通过交流开关和交流充电电阻进行交流不控充电，所需时间为t1；可控加压子单元，用于当满足稳定条件时，从交流充电电阻被旁路开始，经过设定的延时t2后，根据直流电压指令值和实际直流电压控制至少一个桥臂子模块导通输出正电压，同时使桥臂其余子模块处于闭锁状态。
20.根据一些实施例，可控加压子单元控制一个或多个桥臂使得导通数量为n个桥臂子模块导通输出正电压，导通数量n初始值为1或小于预定桥臂子模块总数，当实际直流电压小于直流电压指令值时，增加导通数量；当实际直流电压大于直流电压指令值时，减少导通数量。
21.根据本技术的一方面，提出一种电子设备，该电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上文的方法。
22.根据本技术的技术方案，在换流器完成交流不控充电后，通过控制桥臂部分子模块导通输出正电压，同时使桥臂其余子模块处于闭锁状态，不导通且不输出正电压，使直流电压升高实现连续可控的空载加压。根据本技术的技术方案，能够实现直流电压从充电电压至额定电压间连续可控，可避免换流器整体解锁出现较大的电流扰动，尤其适用于弱系统下的空载加压试验。
23.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
25.图1示出根据一示例性实施例的空载加压方法流程图；
26.图2示出根据一示例性实施例的三相模块化多电平换流器空载加压示意图；
27.图3示出根据一示例性实施例的全桥子模块的控制示意图；
28.图4示出根据一示例性实施例的空载加压控制系统示意图；
29.图5示出根据一示例性实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
30.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
31.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现步骤、材料或者操作。
32.此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
33.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
34.图1示出根据一示例性实施例的空载加压方法流程图。
35.参见图1，一种空载加压方法，用于柔性直流输电系统的单个模块化多电平换流器，空载加压方法包括如下步骤：
36.根据实施例，在s101，换流器进行交流不控充电包括：首先通过交流开关和交流充电电阻充电(图1未示出)，交流开关和交流充电电阻并联，设置在换流器的交流侧与交流电网相连，充电过程为交流开关打开，交流电压和交流电流经过交流充电电阻，对桥臂上多个子模块上的电容(图1未示出)分别进行充电，至交流开关闭合，使得交流充电电阻被旁路经过的时间为t1，再经过设定的延时t2后进入稳定状态，随后进入s102。
37.根据实施例，t1和t2根据系统研究确定，较优地t1可选择为10s，t2可选择为15s。
38.在s102：在换流器进入稳定状态，根据直流电压指令值和实际直流电压控制至少一个桥臂子模块(图1未示出)导通输出正电压，具体包括：桥臂子模块导通个数n，初始为1
或者小于预定桥臂子模块总数，当实际直流电压小于直流电压指令值时，增加导通个数n或小于等于桥臂中闭锁子模块个数的任意值，当实际直流电压大于直流电压指令值，减少导通个数n或小于等于桥臂中闭锁子模块个数的任意值；导通个数n大于等于0，且小于桥臂最大模块个数nmax，同时使桥臂其余子模块处于闭锁状态，不导通且不输出正电压。
39.图2示出根据一示例性实施例的三相模块化多电平换流器空载加压示意图。
40.根据实施例，换流器包括：6桥臂(a相上、下桥臂，b相上、下桥臂和c相上、下桥臂)、换流器交流侧设置并联的交流开关和交流充电电阻(图2未示出)、每个桥臂设置多个子模块200包括：两个可控开关元件t1、t2，可控开关元件t1包括可控开关管202a，例如igbt，并联一续流二极管203a，同理，可控开关元件t2包括可控开关管202b并联一续流二极管203b，两个可控开关元件t1、t2串联后与子模块电容204并联。
41.根据实施例，此时桥臂子模块结构为半桥模块，且各桥臂上的多个子模块串联连接。在上述步骤s101执行完成后，直流电压udc约为交流线电压的峰值uab。随后进入上述步骤s102，首先分别在a相上桥臂和b相下桥臂各自导通1个子模块，即子模块200和子模块210，其余桥臂子模块均闭锁不导通。子模块200导通时202a导通，202b关断，子模块200的端口电压等于子模块电容204两端的电容电压uca1；子模块200闭锁时，202a和202b均关断。同理子模块210不在此赘述，子模块210导通时的端口电压等于子模块电容两端的电容电压ucb1，在导通状态下，交流电压和导通子模块的电容电压叠加，叠加的电压最大值uσ为：
42.u
σ
＝u
ab
+uc
a1
+uc
b1
43.根据实施例，叠加电压最大值uσ将由uab升高两个子模块电压，在该电压uab小于直流电压指令值udcref时增加桥臂导通子模块个数n，则叠加电压最大值uσ将进一步增大并为直流侧充电使直流电压升高。相应地，如直流电压指令值udcref降低，通过减小桥臂导通子模块个数n，则叠加电压最大值uσ将降低，当n为0时叠加电压最大值uσ将降低为交流线电压的峰值uab。由于每个子模块的电压较低，通过逐渐增减导通子模块数量能够实现直流电压连续可控。由于导通的子模块将放电，因此可选地，应优先导通桥臂中子模块电容电压较高的子模块，具体而言，桥臂中子模块按照电容电压从高到低的顺序优先被导通。
44.根据实施例，上述逐渐增减导通子模块数量，可以增减1个子模块或者多个子模块，较优地可选择每次仅增减1个子模块。由于闭锁子模块仅能通过续流二极管203a或203b单相导通，导通子模块的电容204仅能向直流侧放电，不能向交流系统放电，因此不会向交流系统带来冲击电流。同时，由于逐渐增减导通子模块数量，对直流侧的扰动也将较小。
45.上述实施例中通过控制a相上桥臂和b相下桥臂导通子模块200和210，可以仅控制六个桥臂中的一个桥臂导通子模块，可选地，也可以控制多个包括全部桥臂同时导通子模块，均可实现可控空载加压的技术效果，本实施例并不能为此受限。如果控制多个桥臂同时导通多个子模块，多个桥臂导通子模块的数量也可以不同。
46.可选地，上述实施例中的可控开关管202a和202b可以为igbt、igct、gto或mosfet等全控型半导体器件。
47.图3示出根据一示例性实施例的全桥子模块的控制示意图。
48.对于全桥子模块结构，各桥臂上的多个全桥子模块串联连接，全桥子模块包括：四个可控开关元件t1、t2、t3、t4，可控开关元件t1包括可控开关管310a，例如ibgt，并联一续流二极管302a，四个可控开关元件分为两组，如t1与t2为一组，t3与t4为一组，每组两个可
控开关元件如t1和t2串联后，分别与子模块电容303并联。
49.当igbt作为可控开关管时，t1、t4上的310a、310d开通，t2和t3的310b、310c关断，与图2中的半桥子模块开通状态等效，子模块的端口电压等于全桥子模块电容303两端的电容电压；t4中的310d开通，t1、t2和t3中的310a、310b、310c关断，与图2中的半桥子模块闭锁状态等效。因此同样可以通过控制全桥模块实现图2的空载加压效果，区别仅在于可控开关管的控制信号逻辑，如igbt控制可控开关管导通与关断顺序的区别。相应地，其他类型子模块也可以实现与半桥子模块等效的状态，例如桥臂混合全桥子模块和半桥子模块的组合，因此，如能实现与半桥子模块等效控制状态的子模块组成的换流器，采用等效状态进行空载加压的方法也应落入本发明保护范围之内。
50.图4示出根据一示例性实施例的空载加压控制系统示意图。
51.参见图4，空载加压的控制系统，用于柔性直流输电系统的单个模块化多电平换流器的空载加压，换流器包括：6桥臂、换流器交流侧设置并联的交流开关和交流充电电阻、每个桥臂设置多个子模块，根据实施例，控制系统包括极控单元401和阀控单元403。
52.极控单元401用于产生n个导通信号或等效导通电压信号。
53.阀控单元403用于接收极控单元下送的信号，并产生n个桥臂子模块的导通控制信号。
54.其中，极控单元401包括不控充电子单元4011和可控加压子单元4013。
55.不控充电子单元4011用于换流器通过交流开关和交流充电电阻进行交流不控充电，其中，从交流开关打开进行充电至交流开关闭合，使得交流充电电阻被旁路经过的时间为t1。
56.可控加压子单元4013用于从交流充电电阻被旁路开始，经过设定的延时t2后，根据直流电压指令值和实际直流电压控制至少一个桥臂子模块导通输出正电压，同时使桥臂其余子模块处于闭锁状态，不导通且不输出正电压；其中，用于控制一个或多个桥臂使得导通数量为n个子模块导通输出正电压，导通数量n初始为1，当实际直流电压小于直流电压指令值时，增加导通数量n；当实际直流电压大于直流电压指令值时，减少导通数量n，其中，导通数量n大于等于0，且小于桥臂最大模块个数nmax。
57.可选地，t1和t2根据系统研究确定，t1可选择为10s，t2可选择为15s。
58.根据实施例，可控加压子单元4013将导通子模块数量n下发给阀控单元403，阀控单元403产生每个子模块的控制信号，实现对换流器的每个子模块的如igbt的控制，使得导通数量n个子模块导通输出正电压。极控单元401也可将等效地将导通电压发给阀控单元403，由阀控单元403计算导通数量n。
59.图5示出根据一示例性实施例的电子设备的框图。
60.下面参照图5描述根据本技术的这种实施方式的电子设备500。图5显示的电子设备500仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
61.如图5所示，电子设备500以通用计算设备的形式表现。电子设备500的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元510、至少一个存储单元520、连接不同系统组件(包括存储单元520和处理单元510)的总线530、显示单元540等。
62.其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元510执行，使得处理单元510执行本说明书描述的根据本技术各种示例性实施方式的方法。
63.总线530可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
64.电子设备500也可以与一个或多个外部设备600(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备500交互的设备通信，和/或与使得该电子设备500能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口550进行。并且，电子设备500还可以通过网络适配器560与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器560可以通过总线530与电子设备500的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备500使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
65.根据本技术的实施例，在换流器完成交流不控充电后，通过控制桥臂部分子模块导通输出正电压，同时使桥臂其余子模块处于闭锁状态，不导通且不输出正电压，使直流电压升高实现连续可控的空载加压。通过控制部分子模块导通输出正电压使直流电压升高实现空载加压，能够实现直流电压从充电电压至额定电压连续可控且不会出现阀整体解锁引起的电流扰动。
66.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。