混合直流输电设备的控制方法、装置及混合直流输电系统与流程

1.本技术涉及电力传输技术领域，特别是涉及一种混合直流输电设备的控制方法、装置及混合直流输电系统。


背景技术：

2.现代社会的运行发展离不开电能，而电能的使用又离不开高效、经济的输电方式。电力传输技术经历了由早期的直流输电，到19世纪末的交流输电，再到20世纪中期新型高压直流输电的发展历程。高压直流输电技术发展至今已有接近70年的历史。相比于交流输电，直流输电方式具有线路造价低，输送容量大，可以实现不同频率电网之间的联网，无同步稳定性问题等优势，在几十年间得到了长足的发展。
3.传统的直流输电方式包括基于电网换相换流器的高压直流输电技术(line commuted converter high voltage direct current，lcc-hvdc)，简称lcc，还包括以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电技术(voltage source converter based high voltage direct current，vsc-hvdc)，简称vsc。
4.但是，lcc换流站在工作时需要吸收大量无功功率，且交直流侧均含有大量谐波，需要额外的无功补偿以及交直流滤波装置，增大了建设成本，且在逆变侧存在换相失败问题，无法向弱交流系统/无源网络供电。vsc-hvdc能够独立调节有功功率与无功功率，可以向无源网络供电，不存在换相失败问题，占地面积小，但使用成本较高，使用不便捷。因此，传统的直流输电设备使用可靠性低。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对传统的直流输电设备使用可靠性低的问题，提供一种混合直流输电设备的控制方法、装置及混合直流输电系统。
6.一种混合直流输电设备的控制方法，所述混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，所述电网换相换流器连接所述直流滤波器，所述电网换相换流器连接所述电压源换流器；所述混合直流输电设备的控制方法包括以下步骤：
7.将所述电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与所述电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型；
8.设置与所述直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与所述直流滤波器对应的直流滤波器数学模型；
9.根据所述电压源换流器的相单元结构，建立与所述电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型；
10.基于所述谐波电流通路等效模型、所述直流滤波器数学模型和所述直流侧谐波等效模型计算所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量；
11.根据所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量对所述混合直流输电设备进行控制。
12.一种混合直流输电设备的控制装置，包括：
13.电网换相换流器建模模块，用于将所述电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与所述电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型；
14.直流滤波器建模模块，用于设置与所述直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与所述直流滤波器对应的直流滤波器数学模型；
15.电压源换流器建模模块，用于根据所述电压源换流器的相单元结构，建立与所述电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型；
16.谐波分量计算模块，用于基于所述谐波电流通路等效模型、所述直流滤波器数学模型和所述直流侧谐波等效模型计算所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量；
17.控制模块，用于根据所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量对所述混合直流输电设备进行控制。
18.一种混合直流输电系统，包括混合直流输电设备和如上述的混合直流输电设备的控制装置。
19.上述混合直流输电设备的控制方法、装置及混合直流输电系统，混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电网换相换流器连接直流滤波器，电网换相换流器连接电压源换流器，混合直流输电设备的控制方法包括以下步骤：将电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型，设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，根据电压源换流器的相单元结构，建立与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型，基于谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量，根据混合直流输电设备的直流侧谐波分量对混合直流输电设备进行控制。混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电压源换流器可以在一定程度上减少设备在逆变侧发生换相失败的几率，显著减少了线路上的无功传输以及功率损耗，减少了无功补偿装置和滤波环节的投入，提高了经济性，并且在主直流线路故障时电网换相换流器和直流滤波器可以起到故障隔离的作用。混合直流输电设备的控制方法通过建立谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算得到混合直流输电设备的直流侧谐波分量，作为控制混合直流输电设备的重要依据，可以提高混合直流输电设备的工作可靠性。
20.在其中一个实施例中，所述电网换相换流器包括送端电网换相换流器和受端电网换相换流器，所述送端电网换相换流器和所述受端电网换相换流器均连接所述直流滤波器，所述受端电网换相换流器连接所述电压源换流器，所述谐波电流通路等效模型包括第一谐波电流通路等效模型和第二谐波电流通路等效模型，所述将所述电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与所述电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型，包括：
21.将所述送端电网换相换流器和所述受端电网换相换流器均用谐波电压源等值，建立与所述送端电网换相换流器对应的所述第一谐波电流通路等效模型，以及与所述受端电网换相换流器对应的所述第二谐波电流通路等效模型。
22.在其中一个实施例中，所述直流滤波器包括送端直流滤波器和受端直流滤波器，所述送端电网换相换流器连接所述送端直流滤波器，所述送端直流滤波器连接所述受端直流滤波器，所述受端直流滤波器连接所述受端电网换相换流器，所述直流滤波器数学模型
包括第一直流滤波器数学模型和第二直流滤波器数学模型，所述设置与所述直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与所述直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，包括：
23.分别设置与所述送端直流滤波器和所述受端直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与所述送端直流滤波器对应的所述第一直流滤波器数学模型，以及与所述受端直流滤波器对应的所述第二直流滤波器数学模型。
24.在其中一个实施例中，所述将所述电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与所述电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型，包括：
25.将所述电网换相换流器用三脉动谐波电压源等值，建立与所述电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型。
26.在其中一个实施例中，所述设置与所述直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与所述直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，包括：
27.设置与所述直流滤波器等效的一组三调谐滤波器，得到与所述直流滤波器对应的直流滤波器数学模型。
28.在其中一个实施例中，所述根据所述电压源换流器的相单元结构，建立与所述电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型，包括：
29.计算所述相单元结构的谐波电流和相单元结构的谐波电压；
30.基于所述相单元结构的谐波电流和所述相单元结构的谐波电压计算所述电压源换流器的等效电容和等效电感，得到与所述电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型。
31.在其中一个实施例中，所述基于所述谐波电流通路等效模型、所述直流滤波器数学模型和所述直流侧谐波等效模型计算所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量，包括：
32.基于所述谐波电流通路等效模型、所述直流滤波器数学模型和所述直流侧谐波等效模型，建立所述混合直流输电设备直流侧谐波的定量计算模型；
33.根据所述定量计算模型计算所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量。
34.在其中一个实施例中，所述根据所述定量计算模型计算所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量，包括：
35.根据所述定量计算模型，按照正弦稳态电路的分析方法计算所述混合直流输电设备的直流侧谐波分量。
附图说明
36.图1为一个实施例中混合直流输电设备的结构图；
37.图2为一个实施例中混合直流输电设备的控制方法的流程图；
38.图3为一个实施例中双调谐滤波器的电路结构图；
39.图4为一个实施例中三调谐滤波器的电路结构图；
40.图5为另一个实施例中混合直流输电设备的控制方法的流程图；
41.图6为又一个实施例中混合直流输电设备的控制方法的流程图；
42.图7为一个实施例中与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型图；
43.图8为一个实施例中混合直流输电设备直流侧谐波的等值模型图；
44.图9为再一个实施例中混合直流输电设备的控制方法的流程图。
具体实施方式
45.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本技术进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
46.在一个实施例中，提供一种混合直流输电设备的控制方法，该混合直流输电设备的控制方法主要用于对主流输电设备进行控制。请参见图1，混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电网换相换流器连接直流滤波器，电网换相换流器连接电压源换流器。混合直流输电设备既包括电网换相换流器，又包括电压源换流器，为混联型直流输电设备，电压源换流器可以在一定程度上减少设备在逆变侧发生换相失败的几率，显著减少了线路上的无功传输以及功率损耗，减少了无功补偿装置和滤波环节的投入，提高了经济性，并且在主直流线路故障时电网换相换流器和直流滤波器可以起到故障隔离的作用。
47.请参见图2，混合直流输电设备的控制方法包括以下步骤：
48.步骤s100：将电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型。
49.具体地，电网换相换流器具有结构简单，造价低，技术成熟，可靠性高，适合远距离大容量的电能传输等诸多优势。电网换相换流器的类型并不是唯一的，例如可以为12脉动换流器。电网换相换流器输出直流电压主要包含12k次谐波分量，然而在实际运行直流输电工程的接地极电流中检测到了较高的6k+3次谐波分量，经分析发现，换流变压器与地之间的杂散电容导致了接地电流支路的产生，而该支路对于极线与接地线的谐波电流分布中起了相当重要的作用。从而，在建立谐波电流通路等效模型时，将电网换相换流器用谐波电压源等值。根据电网换相换流器的类型不同，可设置不同的谐波电压源，具体可根据实际需求选择，只要本领域技术人员认为可以实现即可。
50.步骤s300：设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型。
51.具体地，直流滤波器一般为无源式滤波器，设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组时，可选择的调谐滤波器组的类型并不是唯一的，例如可采用双调谐滤波器或三调谐滤波器等，双调谐滤波器的电路结构可参见图3，三调谐滤波器的电路结构可参见图4。其中，直流滤波器电路参数决定了滤波器可滤除的电流频率。一组双调谐滤波器和三调谐滤波器可分别滤除两个和三个不同频率的谐波。以电网换相换流器为12脉动换流器为例，根据实际的工程运行经验，对于12脉动换流器对应的直流滤波器，通常釆用两组双调谐滤波器或一组三调谐滤波器等效，其中，两组双调谐滤波器分别负责滤除12/24和12/36次谐波，一组三调谐滤波器则负责同时滤除12/24/36次谐波。
52.进一步地，参见图3，双调谐滤波器包括第一电容c1、第二电容c2、第一电感l1、第二电感l2、第一电阻r1和第二电阻r2，其中第一电容c1、第一电感l1和第一电阻r1依次串联连接，形成第一串联结构，第二电感l2和第二电阻r2连接，形成第二串联结构，第二串联结构的第一端连接第二电容c2的第一端，第二串联结构的第二端连接第二电容c2的第二端，第二串联结构的第一端还连接第一串联结构的一端(靠近第一电阻r1的一端)，第二串联结构的第二端接地。
53.参见图4，三调谐滤波器包括第一电容c1、第二电容c2、第三电容、第一电感l1、第二电感l2和第三电阻，其中第一电容c1和第一电感l1连接，形成第一串联结构，第二电容c2和第二电感l2并联，形成第一并联结构，第三电容和第三电感并联，形成第三并联结构，第一并联结构的第一端连接第一串联结构的一端(靠近第一电感l1的一端)，第一并联结构的第二端连接第二并联结构的第一端，第二并联结构的第二端接地。
54.步骤s500：根据电压源换流器的相单元结构，建立与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型。
55.具体地，高压输电领域电压源换流器通常采用mmc(modular multilevel converter,模块化多电平换流器)结构。虑到高电压、大容量的mmc采用的级联子模块数目多，输出直流电压、电流的谐波含量低，与同一电压等级、输送容量的lcc相比，其本身产生的直流侧谐波可忽略不计，因此在混联型lcc-vsc系统直流侧谐波分析时，可将vsc换流器视为无源元件，另外，由于直流侧谐波含量低，一般无需在mmc换流器直流侧配置滤波器。
56.根据电压源换流器的相单元结构不同，建立的直流侧谐波等效模型也不一样。根据电压源换流器的相单元结构的电流和电压，可以计算得到电压源换流器的等效电容和等效电感，从而得到与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型。例如，当电压源换流器的相单元结构为多个相单元并联时，混合直流输电设备直流侧的谐波电流将在多个相单元中均分，从而可以得到任一相单元的谐波电压和谐波电流。再根据电压源换流器任一相单元的等值电容和桥臂电感，得到与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型，直流侧谐波等效模型与包括一个电容和一个电感的串联形式的无源元件等值。
57.步骤s700：基于谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量。
58.得到谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型后，由于混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，且谐波电流通路等效模型与电网换相换流器对应，直流滤波器数学模型与直流滤波器对应，直流侧谐波等效模型与电压源换流器对应，从而可以得到与整个混合直流输电设备对应的直流侧谐波的定量计算模型。根据直流侧谐波的定量计算模型中各等效器件的电路参数，可以对混合直流输电设备的直流侧谐波进行定量计算，得到各直流侧谐波分量。
59.步骤s900：根据混合直流输电设备的直流侧谐波分量对混合直流输电设备进行控制。
60.混合直流输电设备的直流谐波会影响混合直流输电设备新拓扑结构的控制保护技术，所以对直流谐波量化分析，根据混合直流输电设备的直流侧谐波分量对混合直流输电设备进行控制，可以指导混合直流输电设备的控制保护技术。对混合直流输电设备进行控制可以为对混合直流设备中各器件的控制和保护等，具体措施可根据实际需求设置，只要本领域技术人员认为可以实现即可。
61.在一个实施例中，请参见图1，电网换相换流器包括送端电网换相换流器和受端电网换相换流器，送端电网换相换流器和受端电网换相换流器均连接直流滤波器，受端电网换相换流器连接电压源换流器，谐波电流通路等效模型包括第一谐波电流通路等效模型和第二谐波电流通路等效模型。此时，混合直流输电设备的整流侧设置有送端电网换相器，混合直流输电设备的逆变侧设置有受端电网换相器，受端电网换相器连接电压源换流器，进
一步地，逆变侧的受端电网换相器和电压源换流器串联。请参见图5，步骤s100包括步骤s110。
62.步骤s110：将送端电网换相换流器和受端电网换相换流器均用谐波电压源等值，建立与送端电网换相换流器对应的第一谐波电流通路等效模型，以及与受端电网换相换流器对应的第二谐波电流通路等效模型。
63.当电网换相换流器的数量为两个，包括送端电网换相换流器和受端电网换相换流器时，将送端电网换相换流器和受端电网换相换流器均用谐波电压源等值。送端电网换相换流器和受端电网换相换流器的类型并不是唯一的，例如可以均为12脉动换流器。送端电网换相换流器和受端电网换相换流器可以为相同结构和类型的换流器，结构对称，有利于提高混合直流设备的工作稳定性。
64.以送端电网换相换流器和受端电网换相换流器均为12脉动换流器为例，送端电网换相换流器和受端电网换相换流器输出直流电压主要包含12k次谐波分量，然而在实际运行直流输电工程的接地极电流中检测到了较高的6k+3次谐波分量，经分析发现，换流变压器与地之间的杂散电容导致了接地电流支路的产生，而该支路对于极线与接地线的谐波电流分布中起了相当重要的作用。从而，在建立谐波电流通路等效模型时，将送端电网换相换流器和受端电网换相换流器均用谐波电压源等值，建立与送端电网换相换流器对应的第一谐波电流通路等效模型，以及与受端电网换相换流器对应的第二谐波电流通路等效模型。可以理解，当送端电网换相换流器和受端电网换相换流器结构相同时，第一谐波电流通路等效模型和第二谐波电流通路等效模型也相同。
65.在一个实施例中，请参见图1，直流滤波器包括送端直流滤波器和受端直流滤波器，送端电网换相换流器连接送端直流滤波器，送端直流滤波器连接受端直流滤波器，受端直流滤波器连接受端电网换相换流器。送端直流滤波器设置于送端电网换相换流器的直流侧端口，受端直流滤波器设置于受端电网换相换流器的直流侧端口。直流滤波器数学模型包括第一直流滤波器数学模型和第二直流滤波器数学模型，请参见图5，步骤s300包括步骤s310。
66.步骤s310：分别设置与送端直流滤波器和受端直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与送端直流滤波器对应的第一直流滤波器数学模型，以及与受端直流滤波器对应的第二直流滤波器数学模型。
67.当电网换相换流器的数量为两个，包括送端电网换相换流器和受端电网换相换流器时，直流滤波器包括送端直流滤波器和受端直流滤波器，送端直流滤波器与送端电网换相换流器配合工作，受端直流滤波器与受端电网换相换流器配合工作。
68.送端直流滤波器和受端直流滤波器一般均为无源式滤波器，设置与送端直流滤波器和受端直流滤波器等效的调谐滤波器组时，可选择的调谐滤波器组的类型并不是唯一的，例如可采用双调谐滤波器或三调谐滤波器等，双调谐滤波器的电路结构可参见图3，三调谐滤波器的电路结构可参见图4，调谐滤波器组的数量也可以根据实际需求选择。一组双调谐滤波器和三调谐滤波器可分别滤除两个和三个不同频率的谐波。以送端电网换相换流器和受端电网换相换流器均为12脉动换流器为例，根据实际的工程运行经验，对于12脉动换流器对应的送端直流滤波器或受端直流滤波器，通常釆用两组双调谐滤波器或一组三调谐滤波器等效，其中，两组双调谐滤波器分别负责滤除12/24和12/36次谐波，一组三调谐滤
波器则负责同时滤除12/24/36次谐波。可以理解，当送端直流滤波器和受端直流滤波器结构相同时，第一直流滤波器数学模型和第二直流滤波器数学模型也相同。
69.在一个实施例中，请参见图6，步骤s100包括步骤s120。
70.步骤s120：将电网换相换流器用三脉动谐波电压源等值，建立与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型。
71.具体地，电网换相换流器可以以12脉动换流器为输电单元，12脉动lcc换流器输出直流电压主要包含12k次谐波分量，然而在实际运行直流输电工程的接地极电流中检测到了较高的6k+3次谐波分量，经分析发现，换流变压器与地之间的杂散电容导致了接地电流支路的产生，而该支路对于极线与接地线的谐波电流分布中起了相当重要的作用。从而，可以将电网换相换流器用三脉动谐波电压源等值，建立的与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型可参见图7。其中，c
3p
表示耦合于变压器绕组和地之间的杂散电容，其典型取值可为10～20nf内的任意数值，l
3p
表示6脉动lcc换相电感平均值的一半，考虑到6脉动lcc每隔π/3电角度发生一次换相，且换相过程中的换相电感为换流变压器漏感的1.5倍(不换相时为换流变压器漏感的2倍)，从而l
3p
的表达式为式(1)。
[0072][0073]
其中，μ为换相重叠角(单位为弧度)，l
t
为换流变压器漏感。
[0074]
假定12脉动lcc输电单元中星/星形接线方式的变压器二次侧电压为
[0075][0076]
其中，uc为相电压幅值，为a相电压的初相角。
[0077]
由6脉动lcc两极直流母线的输出电压波形经傅里叶级数展开可得到三脉动谐波电压源v
3p
(t)和v
3p
(t-t/6)(其中，v
3p
(t-t/6)为6脉动lcc负极直流母线输出电压的傅里叶级数展开形式的相反数)，如式(3)所示。一个换流阀分为3相，每相有正负两个桥臂。这里的负极直流母线输出电压指的就是图7等值模型中的下半部分。输出电压是指的谐波电压，如图7所示，靠近正极侧为正，靠近负极侧为负，通过傅里叶级数展开得到的。应该注意到两个等效电压源相位相差60
°
，这是因为lcc在正常运行时的相邻两次晶闸管换相过程分别发生在上桥臂和下桥臂，且相位间隔为π/3。
[0078][0079]
其中，μ为换相重叠角(单位为弧度)，α为触发角，系数a
3k
和b
3k
的表达式为：
[0080][0081]
由此，便可得到谐波电流通路等效模型，并得到谐波电流通路等效模型中各等效器件对应的电路参数。
[0082]
在一个实施例中，请参见图6，步骤s300包括步骤s320。
[0083]
步骤s320：设置与直流滤波器等效的一组三调谐滤波器，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型。
[0084]
具体地，直流滤波器一般为无源式滤波器，设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组时，可选择的调谐滤波器组的类型和数量并不是唯一的。在本实施例中，采用一组三调谐滤波器与直流滤波器等效，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，一组三调谐滤波器可以同时滤除12/24/36次谐波。可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他的调谐滤波器组的结构与直流滤波器等效，只要本领域技术人员认为可以实现即可。
[0085]
在一个实施例中，请参见图6，步骤s500包括步骤s510和步骤s520。
[0086]
步骤s510：计算相单元结构的谐波电流和相单元结构的谐波电压。
[0087]
具体地，根据电压源换流器的相单元结构不同，每个相单元的谐波电流和谐波电压不同。以电压源换流器包括三个并联的、结构相同的相单元为例，考虑到电压源换流器三个相单元结构的对称性，混合直流输电设备直流侧的谐波电流i
3p_out
将在三个相单元中均分，从而对任一相单元有：
[0088][0089]
其中，c
phase
为电压源换流器任一相单元的等值电容，考虑到任意时刻每个相单元2n个子模块中的n个子模块导通(n为桥臂子模块数)，可得到c
phase
＝2c0/n，l0为桥臂电感，u
3p_vsc
为lcc直流侧谐波经直流系统结构传递到vsc侧的谐波电压。
[0090]
步骤s520：基于相单元结构的谐波电流和相单元结构的谐波电压计算电压源换流器的等效电容和等效电感，得到与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型。
[0091]
同样地，以电压源换流器包括三个并联的、结构相同的相单元为例，对式(5)进行等价变形可得：
[0092][0093]
从而，与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型可由一个大小为c
eq
的电容和一个大小为l
eq
的电感的串联形式的无源元件等值，其中，c
eq
和l
eq
的表达式为：
[0094][0095]
在一个实施例中，请参见图6，步骤s700包括步骤s710和步骤s720。
[0096]
步骤s710：基于谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型，建立混合直流输电设备直流侧谐波的定量计算模型。
[0097]
具体地，得到谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型后，由于混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，且谐波电流通路等效模型与电网换相换流器对应，直流滤波器数学模型与直流滤波器对应，直流侧谐波等效模型与电压源换流器对应，从而可以得到与整个混合直流输电设备对应的直流侧谐波的定量计算模型，请参见图8。
[0098]
步骤s720：根据定量计算模型计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量。
[0099]
具体地，根据直流侧谐波的定量计算模型中各等效器件的电路参数，可以对混合直流输电设备的直流侧谐波进行定量计算，得到各直流侧谐波分量。
[0100]
在一个实施例中，步骤s720包括步骤s722。
[0101]
步骤s722：根据定量计算模型，按照正弦稳态电路的分析方法计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量。
[0102]
具体地，定量计算模型请参见图8，其中，下标rec、inv分别表示整流侧的电网换相换流器(送端电网换相换流器)和逆变侧的电网换相换流器(受端电网换相换流器)。u
3p_vsc
为电压源换流器直流侧的谐波电压，考虑到电网换相换流器的谐波特性，u
3p_vsc
主要包括12k次谐波分量。对于每一种频率的谐波分量，可分别按照正弦稳态电路的分析方法进行求解，即
[0103]
yu＝i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0104]
其中，u为上图8除地节点以外其它所有节点电压(相量形式，包括幅值、相位)构成的向量，y为节点导纳矩阵，i为各节点注入电流构成的向量，即图8中每个节点的诸如谐波电流向量，和网络方程类似，注入电流为正列写的节点导纳矩阵。
[0105]
为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电网换相换流器包括送端电网换相换流器和受端电网换相换流器，直流滤波器包括送端直流滤波器和受端直流滤波器。
[0106]
请参见图9，混合直流输电设备的控制方法包括以下步骤：
[0107]
(1)建立lcc直流侧不同频次谐波电流通路及其等效模型，即电流通路等效模型。如图7所示，在混联型lcc-vsc系统中，lcc以12脉动换流器为输电单元，12脉动lcc换流器输出直流电压主要包含12k次谐波分量，然而在实际运行直流输电工程的接地极电流中检测到了较高的6k+3次谐波分量，经分析发现，换流变压器与地之间的杂散电容导致了接地电流支路的产生，而该支路对于极线与接地线的谐波电流分布中起了相当重要的作用。从而，在现有的直流侧谐波分析方法中，一般将12脉动lcc换流器用三脉动谐波电压源等值，电流通路等效模型包括等效电压源和等效电抗。其中，c
3p
表示耦合于变压器绕组和地之间的杂
multilevel converter,模块化多电平换流器)结构。虑到高电压、大容量的mmc采用的级联子模块数目多，输出直流电压、电流的谐波含量低，与同一电压等级、输送容量的lcc相比，其本身产生的直流侧谐波可忽略不计，因此在混联型lcc-vsc系统直流侧谐波分析时，可将vsc换流器视为无源元件，另外，由于直流侧谐波含量低，一般无需在mmc换流器直流侧配置滤波器。
[0119]
考虑到vsc换流器三个相单元结构的对称性，混联型lcc-vsc系统直流侧的谐波电流i
3p_out
将在三个相单元中均分，从而对任一相单元有
[0120][0121]
其中，c
phase
为vsc换流器任一相单元的等值电容，考虑到任意时刻每个相单元2n个子模块中的n个子模块导通(n为桥臂子模块数)，可得到c
phase
＝2c0/n，l0为桥臂电感，u
3p_vsc
为lcc直流侧谐波经直流系统结构传递到vsc侧的谐波电压。
[0122]
对上式进行等价变形可得
[0123][0124]
从而，vsc直流侧谐波分析模型可由一个大小为c
eq
的电容和一个大小为l
eq
的电感的串联形式的无源元件等值，其中，c
eq
和l
eq
的表达式为：
[0125][0126]
(4)根据步骤(1)、(2)和(3)和混联型lcc-vsc系统拓扑结构，建立混联型lcc-vsc系统直流侧谐波的定量计算模型，如图8所示。其中，下标rec、inv分别表示整流侧和逆变侧lcc。
[0127]
图8中，u
3p_vsc
为vsc直流侧的谐波电压，考虑到lcc的谐波特性，u
3p_vsc
主要包括12k次谐波分量。对于每一种频率的谐波分量，可分别按照正弦稳态电路的分析方法进行求解，即
[0128]
yu＝i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0129]
其中，u为上图8除地节点以外其它所有节点电压(相量形式，包括幅值、相位)构成的向量，y为节点导纳矩阵，i为各节点注入电流构成的向量，是图8中每个节点的诸如谐波电流向量，和网络方程类似，注入电流为正列写的节点导纳矩阵。
[0130]
本技术针对受端混联型lcc-vsc新型拓扑结构特点，首先建立lcc直流侧不同频次谐波电流通路及其等效模型；其次，建立lcc直流滤波器数学模型；然后，建立vsc直流侧谐波等效模型；最后，得到受端混联型lcc-vsc系统直流侧谐波的定量计算方法。充分考虑传统lcc、vsc、直流滤波器的拓扑结构和变换特性，建立其谐波等值模型，并根据受端混联型lcc-vsc新型拓扑结构建立其直流侧谐波定量计算模型，能够实现受端混联型lcc-vsc混合直流系统直流侧谐波定量计算，填补了针对这一新型拓扑的谐波定量计算空白，指导受端
混联型lcc-vsc混合直流系统的控制保护技术。
[0131]
上述混合直流输电设备的控制方法混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电网换相换流器连接直流滤波器，电网换相换流器连接电压源换流器，混合直流输电设备的控制方法包括以下步骤：将电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型，设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，根据电压源换流器的相单元结构，建立与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型，基于谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量，根据混合直流输电设备的直流侧谐波分量对混合直流输电设备进行控制。混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电压源换流器可以在一定程度上减少设备在逆变侧发生换相失败的几率，显著减少了线路上的无功传输以及功率损耗，减少了无功补偿装置和滤波环节的投入，提高了经济性，并且在主直流线路故障时电网换相换流器和直流滤波器可以起到故障隔离的作用。混合直流输电设备的控制方法通过建立谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算得到混合直流输电设备的直流侧谐波分量，作为控制混合直流输电设备的重要依据，可以提高混合直流输电设备的工作可靠性。
[0132]
在一个实施例中，提供一种混合直流输电设备的控制装置，包括电网换相换流器建模模块、直流滤波器建模模块、电压源换流器建模模块、谐波分量计算模块和控制模块，电网换相换流器建模模块用于将电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型，直流滤波器建模模块用于设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，电压源换流器建模模块用于根据电压源换流器的相单元结构，建立与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型，谐波分量计算模块用于基于谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量，控制模块用于根据混合直流输电设备的直流侧谐波分量对混合直流输电设备进行控制。
[0133]
关于混合直流输电设备的控制装置中各模块的工作内容，与前文关于混合直流输电设备的控制方法步骤对应，在前文中已有详细说明，在此不再赘述。
[0134]
上述混合直流输电设备的控制装置，混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电网换相换流器连接直流滤波器，电网换相换流器连接电压源换流器，混合直流输电设备的控制装置包括包括电网换相换流器建模模块、直流滤波器建模模块、电压源换流器建模模块、谐波分量计算模块和控制模块，工作过程包括以下步骤：将电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型，设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，根据电压源换流器的相单元结构，建立与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型，基于谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量，根据混合直流输电设备的直流侧谐波分量对混合直流输电设备进行控制。混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电压源换流器可以在一定程度上减少设备在逆变侧发生换相失败的几率，显著减少了线路上的无功传输以及功率损耗，减少了无功补偿装置和滤波环节的投入，提高了经济性，并且在主直流线
路故障时电网换相换流器和直流滤波器可以起到故障隔离的作用。混合直流输电设备的控制方法通过建立谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算得到混合直流输电设备的直流侧谐波分量，作为控制混合直流输电设备的重要依据，可以提高混合直流输电设备的工作可靠性。
[0135]
在一个实施例中，提供一种混合直流输电系统，包括混合直流输电设备和如上述的混合直流输电设备的控制装置。
[0136]
上述混合直流输电系统，混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电网换相换流器连接直流滤波器，电网换相换流器连接电压源换流器，混合直流输电设备的控制方法包括以下步骤：将电网换相换流器用谐波电压源等值，建立与电网换相换流器对应的谐波电流通路等效模型，设置与直流滤波器等效的调谐滤波器组，得到与直流滤波器对应的直流滤波器数学模型，根据电压源换流器的相单元结构，建立与电压源换流器对应的直流侧谐波等效模型，基于谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算混合直流输电设备的直流侧谐波分量，根据混合直流输电设备的直流侧谐波分量对混合直流输电设备进行控制。混合直流输电设备包括电网换相换流器、直流滤波器和电压源换流器，电压源换流器可以在一定程度上减少设备在逆变侧发生换相失败的几率，显著减少了线路上的无功传输以及功率损耗，减少了无功补偿装置和滤波环节的投入，提高了经济性，并且在主直流线路故障时电网换相换流器和直流滤波器可以起到故障隔离的作用。混合直流输电设备的控制方法通过建立谐波电流通路等效模型、直流滤波器数学模型和直流侧谐波等效模型计算得到混合直流输电设备的直流侧谐波分量，作为控制混合直流输电设备的重要依据，可以提高混合直流输电设备的工作可靠性。
[0137]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0138]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。