关于用于双极功率传输网络的动态制动系统的改进的制作方法

本文中的主题总体上涉及双极功率传输网络领域，并且更具体地涉及用于双极功率传输网络的动态制动系统。

背景技术：

1、在高压直流(hvdc)功率传输网络中，交流(ac)功率通常被转换成直流(dc)功率，以用于经由架空线路、海底电缆和/或地下电缆的传输。这种转换去除了补偿由功率传输介质(即传输线路或电缆)施加的ac无功/电容负载效应的需要，以及降低了线路和/或电缆的每公里成本，并且因此当需要在长距离上传送功率时变得具有成本效益。例如，dc功率也可以从海上风电场直接传送到岸上ac功率传输网络。

2、dc功率和ac功率之间的转换用于有必要互连dc和ac网络的地方。在任何这样的功率传输网络中，在ac和dc功率之间的每个接口处需要也称为转换器(即转换器站中的功率转换器)的功率转换部件，以实现从ac到dc或从dc到ac的所需要的转换。

3、选择最合适的hvdc功率传输网络或方案取决于特定的应用和方案特征。功率传输网络的示例包括单极功率传输网络和双极功率传输网络。

4、更具体地，在双极功率传输网络中，发送转换器站和接收转换器站两者都包括第一和第二转换器。发送转换器站的第一转换器的dc侧经由传输介质连接到接收转换器站的第一转换器的dc侧，以限定第一dc电传输极。发送转换器站的第二转换器的dc侧经由传输介质连接到接收转换器站的第二转换器的dc侧，以限定第二dc电传输极。还可以提供互连第一和第二转换器站的公共中性布置，其本身可以包括专用金属返回(dmr)导体。

5、双极功率传输网络经常与可再生功率生成网络一起部署，并且更具体地，与海上风电场一起部署。在大规模的海上风电场中，所生成的功率经常经由这样的hvdc传输链路引入到大陆。然而，这些海上电网可能对瞬态干扰敏感，因为功率生成不能够适应这样的事件。因此，需要将措施并入hvdc功率传输网络，以便增加风电场的稳定性和dc传输电压。

技术实现思路

1、在双极功率传输网络的正常操作期间，如果流过第一和第二电传输极的dc电流相等，则中性布置(和dmr导体)上的dc电流为零。然而，在从可再生功率生成网络(诸如风电场)传送功率的双极功率传输网络中，双极方案的两个传输极从独立的风力发电场馈电并不罕见。不同的风力发电场可以产生不同的功率输出，这取决于例如发电场附近的风密度。这导致两极之间的不平衡功率流，造成流过中性布置和dmr的不平衡电流。

2、传统的网络集成hvdc传输系统和利用来自传统同步发电机(例如常规的火力发电或水力发电)的功率的hvdc系统可能能够凭借ac系统内固有的惯性而“穿越(ridingthrough)”hvdc链路上的临时甩负荷(load rejection)。这不适用于诸如风电场的所有功率生成网络，并且因此，利用称为动态制动系统(dbs)的附加能量耗散系统来保持功率生成系统稳定。

3、dbs是能量耗散系统的一种形式，其利用电阻电路来转移多余的能量，提供临时干扰穿越能力。dbs通常将调节固定电阻中耗散的功率，其中针对双极传输网络的每个dc传输极提供并独立控制单独的dbs。因此，在瞬态事件期间，各个dbs可以根据由国家电网规范定义的故障穿越简档(profile)独立操作。可以允许通过dbs的任何剩余不平衡电流流过dmr。

4、然而，在双极功率传输网络中独立控制dbs的情况下，问题可出现。当dmr导体不可用时(例如由于dmr损耗或故障)，并且中性布置上的电流不是期望的时，双极功率传输网络应该切换到或者刚性双极或者其中两个转换器站都接地的双极。在任一模式中，期望将不平衡电流(即，将在中性布置上流动的电流)降低至零。这是为了减轻以下情况：dbs操作使功率传输方案失败(tripping)；电流流过地面，导致环境问题；和/或电流流过中性布置上的电涌放电器，导致过度的能量耗散并提高中性电位(也使方案失败)。如果dbs正在独立操作，则不可以控制返回路径电流降低至零。

5、因此，期望为双极功率传输网络提供减轻这些问题的动态制动系统。

6、根据发明的第一方面，提供了一种用于双极功率传输网络的动态制动系统，所述动态制动系统包括：第一动态制动单元，可电连接在双极功率传输网络的第一传输极和中性布置之间，其中第一动态制动单元可在使用中控制，以调节通过第一动态制动单元在第一传输极和中性布置之间流动的第一电流；第二动态制动单元，可电连接在双极功率传输网络的第二传输极和中性布置之间，其中第二动态制动单元可在使用中控制，以调节通过第二动态制动单元在第二传输极和中性布置之间流动的第二电流；以及控制器，被布置成与第一和第二动态制动单元操作通信，所述控制器被配置成：确定双极功率传输网络的操作状态；基于操作状态，确定是否允许等于第一电流和第二电流之间的差的第三电流流过双极功率传输网络的中性布置；以及控制第一和第二动态制动单元以：如果确定允许第三电流流过中性布置，则彼此独立地操作；如果确定不允许第三电流流过中性布置，则彼此协调操作以平衡第一电流和第二电流，使得第三电流基本上为零。

7、控制器确定其中正在使用动态制动系统的双极功率传输网络的操作状态。基于操作状态，控制器确定是否允许电流(第三电流)流过中性布置。在其中操作状态允许不平衡电流流动的情况下，动态制动单元独立操作，并且任何不平衡电流(第三电流)流过中性布置(例如流过dmr路径)。然而，在其中操作状态不允许不平衡电流流动的情况下，动态制动单元以协调的方式操作，以将第一和第二动态制动单元之间的电流差(第一和第二电流之间的差)降低或最小化到接近零，使得基本上没有不平衡电流可以流过中性布置。这趋向于避免现有技术中当前存在的场景，其中返回路径中的损耗/故障导致瞬态事件中的不平衡电流流过中性布置到地面或流过电涌放电器，导致环境损害或使hvdc传输方案完全失败。

8、在一些实施例中，控制器被配置成响应于从双极功率传输网络的监测单元接收的激活触发来控制第一和第二动态制动单元。

9、响应于激活触发来控制动态制动单元趋向于确保动态制动系统仅在需要时操作。例如，监测单元可以针对连接的ac网络(例如功率生成网络)中的暂时事件监测双极功率传输网络。可能触发动态制动系统的暂时事件包括连接的ac网络中的临时故障；接收紧急功率控制命令；和/或当检测到传输极处的过电压时。在检测到这样的临时事件的情况下，可以使用激活信号来激活动态制动系统。

10、在一些实施例中，双极功率传输网络的操作状态包括：中性布置上的电气组件故障；中性布置上的开关设备的打开或闭合状态；双极功率传输网络的测量电量；和/或来自双极功率传输网络的用户界面的用户输入。

11、存在其中期望不允许不平衡电流(第三电流)流过双极功率传输网络的中性布置的特定场景。例如，金属返回路径的故障可能导致任何不平衡的电流流向地面或流过其它组件，诸如电涌放电器，造成环境问题或中性布置的中性电位升高，使双极功率传输方案失败。另外和相关的是，dmr路径本身可能没有故障，但是诸如中性开关设备(在本领域中称为mrtb)的开关设备可能处于打开状态，使得不平衡电流不可以流过返回路径(并且因此将会流过中性布置的其它地方)。此外，或者传输极或者中性布置上的某些测量电量可能指示不允许不平衡的电流。例如，由于暂时事件造成的第一和第二电极之间的显著电流不平衡可能导致不平衡电流(第三电流)大于中性布置上可容忍的电流限制。相关的是，例如，在中性布置或第一和第二传输极上的电流测量可以用在反馈机制中，以通知控制器关于动态制动是有效的还是需要动态调整。也可能是以下情况：如果设想到潜在的电流不平衡，用户或运营商可干预双极功率传输网络的操作。因此，在一些实施例中，重要的是控制器还能够接收用户输入或干预以适当地实现动态制动。

12、在一些实施例中，第一和第二动态制动单元提供可由控制器控制的相应的第一和第二电压，以用于调节第一和第二电流。

13、第一和第二动态制动单元生成反电动势电压。这些电压以及第一和第二动态制动单元的等效电阻在数学上与第一和第二电流相关。通过使第一和第二电压可由控制器控制，趋向于有可能调节第一和第二电流，使得中性布置上的第三电流可以降低至零。

14、在一些实施例中，第一和第二动态制动单元包括相应的第一和第二多个开关装置以及第一和第二多个相关联的电容器，其中第一和第二多个开关装置可响应于相应的第一和第二控制信号来控制，以切换所述第一和第二多个电容器，以便提供第一和第二电压。

15、通过提供包括多个电容器和相关联的开关装置的动态制动单元，动态制动单元可以通过接通和旁路适当数量的电容器来实现跨动态制动单元的期望电压，从而被管理为可控电压源。

16、在一些实施例中，控制器被配置成通过提供第一和第二控制信号来控制第一和第二动态制动单元。在一些实施例中，第一和第二控制信号包括相应的第一和第二参考电压。

17、提供第一和第二控制信号两者的公共控制器允许以协调的方式集中控制第一和第二动态制动单元。备选地，可以使用单独的控制器，只要在控制器之间提供链路，使得第一和第二控制信号也以协调的方式发出。

18、在一些实施例中，控制器被进一步配置成：使用第一测量仪器确定第一测量值，其中第一测量值包括第一电流、第二电流和/或第三电流；并且然后基于第一测量值调整第一和第二动态制动单元的控制。

19、例如，第一测量仪器可以是电流或电压测量装置。第一测量值可以是直流测量值，或者可以由其计算或确定电流的测量值。通过确定第一测量值，由控制器创建反馈回路。换句话说，可以使控制器知道动态制动单元的控制是否正具有期望的效果。基于测量，可以调整动态制动单元的控制。可以通过直接测量第一和第二电流来确定控制第一和第二动态制动单元的直接效果。然而，替代地通过测量中性布置上的第三电流(例如，其可以表示地面路径或电涌放电器路径中的电流)来实现闭环反馈机制。

20、根据发明的第二方面，提供了一种双极功率传输网络，包括：第一功率转换部件，具有第一交流(ac)侧和第一直流(dc)侧，第一ac侧用于连接到第一ac网络；第二功率转换部件，具有第二ac侧和第二dc侧，第二ac侧用于连接到第二ac网络；第一和第二功率传输部件以及中性布置，第一和第二功率传输部件互连第一和第二功率转换部件的第一和第二dc侧，从而允许在第一和第二功率转换部件之间传输功率；其中第一功率转换部件、第二功率转换部件和第一功率传输部件一起限定第一传输极，并且其中第一功率转换部件、第二功率转换部件和第二功率传输部件一起限定第二传输极；其中双极功率传输网络进一步包括发明的第一方面的动态制动系统，其中第一动态制动单元电连接在第一传输极和中性布置之间，并且其中第二动态制动单元电连接在第二传输极和中性布置之间。

21、如前文中所讨论的，在双极功率传输网络内提供发明的第一方面的动态制动系统趋向于避免现有技术中当前存在的场景，其中返回路径中的损耗/故障导致瞬态事件中的不平衡电流流过中性布置到地面或流过电涌放电器，导致环境损害或使hvdc传输方案完全失败。

22、在一些实施例中，第一ac网络是可再生功率生成网络。在甚至更优选的实施例中，可再生功率生成网络是从可再生功率生成网络的列表中选择的可再生功率生成网络，所述可再生功率生成网络的列表由以下组成：风功率生成网络；太阳能功率生成网络；以及生物功率生成网络。

23、在更多实施例中，中性布置包括专用金属返回(dmr)导体。

24、双极功率传输网络是有利的，因为它提供了冗余。dmr导体的提供使得双极功率传输网络能够接受如前文中所讨论的不平衡电流(稳态或瞬态)。因此，在包括专用金属返回导体的双极功率传输网络中，网络可以被配置成通过允许不平衡电流流过返回路径来穿越第一和第二极传输线上电流的瞬态不平衡。然而，当金属返回路径故障时，这些网络有不平衡电流流过其中性布置的其它组件的风险。因此，当金属返回路径故障或不可用时，提供将不平衡电流(第三电流)降低至零的能力趋向于提供传输网络方案将不会失败或有导致电流流过大地到环境的风险的保证。

25、根据发明的第三方面，提供了一种在双极功率传输网络中操作动态制动系统的计算机实现的方法，所述动态制动系统包括可电连接在双极功率传输网络的第一传输极和中性布置之间的第一动态制动单元，以及可电连接在双极功率传输网络的第二传输极和中性布置之间的第二动态制动单元，其中第一和第二动态制动单元可在使用中控制，以调节流过第一和第二传输极与中性布置之间的第一和第二动态制动单元的相应的第一和第二电流，所述方法包括：确定双极功率传输网络的操作状态；基于操作状态，确定是否允许等于第一电流和第二电流之间的差的第三电流流过中性布置；以及然后控制第一和第二动态制动单元以：如果确定允许第三电流流过中性布置，则彼此独立地操作；如果确定不允许第三电流流过中性布置，则彼此协调操作以平衡第一电流和第二电流，使得第三电流基本上为零。

26、根据发明的第四方面，提供了一种包括计算机可读指令的计算机程序，所述计算机可读指令当由动态制动系统的控制器执行时，使得控制器执行发明的第三方面的方法。

27、根据发明的第五方面，提供了一种包括发明的第四方面的计算机程序的非暂态计算机可读介质。

28、根据发明的第六方面，提供了一种用于动态制动系统的控制器，包括：存储器；以及至少一个处理器；其中存储器包括计算机可读指令，所述计算机可读指令当由至少一个处理器执行时，使得控制器执行发明的第三方面的方法。

29、将领会，发明的不同方面的特定特征共享发明的其它方面的对应特征的技术效果和益处。更具体地，包括发明的动态制动系统的双极功率传输网络共享前文中讨论的动态制动系统的技术效果和益处。此外，发明的计算机实现方法和执行发明的计算机实现方法的控制器共享与发明的动态制动系统相同的技术效果和益处。

30、还将领会，除非另有指定，否则术语“第一”和“第二”等的使用仅仅是意图帮助在类似的特征(例如第一和第二动态制动单元)之间进行区分，而不是意图指示一个特征比起另一个特征的相对重要性。

31、在这个申请的范围内，明确地意图可以独立地或以任何组合来理解前述段落中阐述的各个方面、实施例、示例和备选方案，以及权利要求和/或以下描述和附图，并且特别是其各个特征。也就是说，可以以任何方式和/或组合来组合所有实施例和任何实施例的所有特征，除非这样的特征是不兼容的。申请人保留更改任何最初提交的权利要求或相应提交任何新权利要求的权利，包括修改任何最初提交的权利要求以从属于任何其它权利要求和/或并入任何其它权利要求的任何特征的权利，尽管最初不是以这种方式要求保护的。

32、本发明提供一组技术方案，如下。

33、技术方案1.一种用于双极功率传输网络的动态制动系统，所述动态制动系统包括：

34、第一动态制动单元，可电连接在所述双极功率传输网络的第一传输极和中性布置之间，其中所述第一动态制动单元可在使用中控制，以调节通过所述第一动态制动单元在所述第一传输极和所述中性布置之间流动的第一电流；

35、第二动态制动单元，可电连接在所述双极功率传输网络的第二传输极和所述中性布置之间，其中所述第二动态制动单元可在使用中控制，以调节通过所述第二动态制动单元在所述第二传输极和所述中性布置之间流动的第二电流；以及

36、控制器，被布置成与所述第一和第二动态制动单元操作地通信，所述控制器被配置成：

37、确定所述双极功率传输网络的操作状态；

38、基于所述操作状态，确定是否允许第三电流流过所述中性布置，所述第三电流等于所述第一电流和所述第二电流之间的差；

39、以及

40、控制所述第一和第二动态制动单元以：

41、如果确定允许所述第三电流流过所述中性布置，则彼此独立地操作；以及

42、如果确定不允许所述第三电流流过所述中性布置，则彼此协调操作以平衡所述第一电流和所述第二电流，使得所述第三电流基本上为零。

43、技术方案2.根据技术方案1所述的动态制动系统，其中：

44、所述控制器被配置成响应于从所述双极功率传输网络的监测单元接收的激活触发来控制所述第一和第二动态制动单元。

45、技术方案3.根据任何前述技术方案所述的动态制动系统，其中：

46、所述双极功率传输网络的所述操作状态包括：

47、所述中性布置上的电气组件故障；

48、所述中性布置上的开关设备的打开或闭合状态；

49、所述双极功率传输网络的测量电量；和/或

50、来自所述双极功率传输网络的用户界面的用户输入。

51、技术方案4.根据任何前述技术方案所述的动态制动系统，其中：

52、所述第一和第二动态制动单元被配置成提供可由所述控制器控制的相应的第一和第二电压，以用于调节所述第一和第二电流。

53、技术方案5.根据技术方案4所述的动态制动系统，其中：

54、所述第一和第二动态制动单元包括相应的第一和第二多个开关装置以及第一和第二多个相关联的电容器，其中所述第一和第二多个开关装置可响应于相应的第一和第二控制信号来控制，以切换所述第一和第二多个电容器，以便提供所述第一和第二电压。

55、技术方案6.根据技术方案5所述的动态制动系统，其中：

56、所述控制器被配置成通过提供所述第一和第二控制信号来控制所述第一和第二动态制动单元，其中所述第一和第二控制信号优选地包括相应的第一和第二参考电压。

57、技术方案7.根据任何前述技术方案所述的动态制动系统，其中，所述控制器被进一步配置成：

58、使用第一测量仪器确定第一测量值，其中所述第一测量值包括所述第一电流、所述第二电流和/或所述第三电流；并且然后

59、基于所述第一测量值调整所述第一和第二动态制动单元的所述控制。

60、技术方案8.一种双极功率传输网络，包括：

61、第一功率转换部件，具有第一交流ac侧和第一直流dc侧，所述第一ac侧用于连接到第一ac网络；

62、第二功率转换部件，具有第二ac侧和第二dc侧，所述第二ac侧用于连接到第二ac网络；

63、第一功率传输部件；

64、第二功率传输部件；以及

65、中性布置；其中

66、所述第一和第二功率传输部件互连所述第一和第二功率转换部件的所述第一和第二dc侧，从而允许在所述第一和第二功率转换部件之间传输功率；

67、所述第一功率转换部件、所述第二功率转换部件和所述第一功率传输部件一起限定第一传输极；

68、所述第一功率转换部件、所述第二功率转换部件和所述第二功率传输部件一起限定第二传输极；以及

69、所述双极功率传输网络进一步包括任何前述技术方案所述的动态制动系统，其中所述第一动态制动单元电连接在所述第一传输极和所述中性布置之间，并且其中所述第二动态制动单元电连接在所述第二传输极和所述中性布置之间。

70、技术方案9.根据技术方案8所述的双极功率传输网络，其中，所述第一ac网络是功率生成网络。

71、技术方案10.根据技术方案9所述的双极功率传输网络，其中，所述功率生成网络是从可再生功率生成网络的列表中选择的可再生功率生成网络，所述可再生功率生成网络的列表由以下组成：

72、风功率生成网络；

73、太阳能功率生成网络；以及

74、生物功率生成网络。

75、技术方案11.根据技术方案8-10中任一项所述的双极功率传输网络，其中，所述中性布置包括专用金属返回导体。

76、技术方案12.一种在双极功率传输网络中操作动态制动系统的计算机实现的方法，所述动态制动系统包括可电连接在双极功率传输网络的第一传输极和中性布置之间的第一动态制动单元，以及可电连接在所述双极功率传输网络的第二传输极和所述中性布置之间的第二动态制动单元，其中所述第一和第二动态制动单元可在使用中控制，以调节流过所述第一和第二传输极与所述中性布置之间的所述第一和第二动态制动单元的相应的第一和第二电流，所述方法包括：

77、确定所述双极功率传输网络的操作状态；

78、基于所述操作状态，确定是否允许第三电流流过所述中性布置，所述第三电流等于所述第一和第二电流之间的差；以及

79、控制所述第一和第二动态制动单元以：

80、如果确定允许所述第三电流流过所述中性布置，则彼此独立地操作；以及

81、如果确定不允许所述第三电流流过所述中性布置，则彼此协调操作以平衡所述第一电流和所述第二电流，使得所述第三电流基本上为零。

82、技术方案13.一种包括计算机可读指令的计算机程序，所述计算机可读指令当由动态制动系统的控制器执行时，使得所述控制器执行如技术方案12所述的方法。

83、技术方案14.一种非暂态计算机可读介质，包括如技术方案13所述的计算机程序。

84、技术方案15.一种用于动态制动系统的控制器，包括：

85、存储器；以及

86、至少一个处理器；

87、其中所述存储器包括计算机可读指令，所述计算机可读指令当由所述至少一个处理器执行时，使得所述控制器执行如技术方案12所述的方法。