集中式直流耗能系统及其控制方法和控制装置与流程

1.本发明涉及柔性直流技术领域，尤其涉及一种集中式直流耗能系统及其控制方法和装置。


背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3.近年来，海上风电的开发步伐不断加快。相比高压交流输电并网方式，柔性直流输电具有占地小、控制灵活、不受输送距离制约等优势，尤其适合于远海大规模风电场的电能送出。对于海上风电柔性直流系统，当岸上站交流侧发生故障时，风电场的功率无法全部迅速减小，直流侧电压会因为盈余功率而升高，可能有损坏直流海缆、换流器等设备的风险。
4.因此，需要加设耗能装置，对于海上柔性直流输电系统，由于海上站的占地十分有限，因此一般选择在岸上站装设直流耗能装置。针对直流耗能装置，目前的方案主要有集中式耗能装置、分布式耗能装置和混合式耗能装置。其中分布式耗能装置和混合式耗能装置均采用模块式拓扑，模块数众多，成本和尺寸均无优势。集中式耗能装置采用开关器件串联的方式，在成本和尺寸上均有较大优势，其主要问题是开关器件动作时会产生较大的电压尖峰，且现有耗能装置的投切频率较高，易损坏系统中的器件，因此亟需解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种集中式直流耗能系统的控制方法，用以在消耗柔性直流系统的直流侧盈余功率时，有效的将柔性直流系统的直流电压控制在预设范围内，降低集中式直流耗能系统的投切频率，保护系统中的器件安全，该方法包括：
6.获取实时监测的柔性直流系统的直流电压值；
7.在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为投入状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持投入状态；
8.在集中式直流耗能系统为切除状态时，获取集中式直流耗能系统进入切除状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为投入状态，所述脉冲时长限值是根据柔性直流系统中器件能承受的最小的脉冲时长间隔确定的；
9.在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持切除状态；
10.在集中式直流耗能系统为投入状态时，获取集中式直流耗能系统进入投入状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为切除状态；
11.在监测到的直流电压值大于预设的直流电压下限值，小于预设的直流电压上限值时，控制集中式直流耗能系统继续保持投切状态不变。
12.本发明实施例还提供一种集中式直流耗能系统的控制装置，用以在消耗柔性直流系统的直流侧盈余功率时，有效的将柔性直流系统的直流电压控制在预设范围内，降低集中式直流耗能系统的投切频率，保护系统中的器件安全，该装置包括：
13.第一监测模块，用于获取实时监测的柔性直流系统的直流电压值；
14.第一获取与保持模块，用于在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在直流耗能系统为投入状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持投入状态；
15.第一切换模块，用于在集中式直流耗能系统为切除状态时，获取集中式直流耗能系统进入切除状态的累计时长，在累计时长超过最小脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为投入状态，所述脉冲时长限值是根据柔性直流系统中器件能承受的最小的脉冲时长间隔确定的；
16.第二获取与保持模块，用于在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持切除状态；
17.第二切换模块，用于在集中式直流耗能系统为投入状态时，获取集中式直流耗能系统进入投入状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为切除状态；
18.投切状态保持模块，用于在监测到的直流电压值大于预设的直流电压下限值，小于预设的直流电压上限值时，控制集中式直流耗能系统继续保持投切状态不变。
19.本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述集中式直流耗能系统的控制方法。
20.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述集中式直流耗能系统的控制方法。
21.本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述集中式直流耗能系统的控制方法。
22.本发明实施例还提供一种集中式直流耗能系统，用以在消耗柔性直流系统的直流侧盈余功率时，有效的将柔性直流系统的直流电压控制在预设范围内，降低集中式直流耗能系统的投切频率，保护系统中的器件安全，该系统包括：
23.开关器件串联模块，用于限制柔性直流系统的直流侧电压，设有多个串联的开关器件子模块，其中每一开关器件子模块包括：开关器件、吸收回路和避雷器，开关器件与吸收回路并联，与避雷器并联，开关器件的开通和闭合动作，用于控制对应的开关器件子模块接入和脱离集中式直流耗能系统；吸收回路用于将开关器件两端的电压限制在预设范围内，所述吸收回路包括均压电阻、电容和两个二极管；避雷器用于在投切过程中保护集中式直流耗能系统；
24.耗能电阻，用于消耗柔性直流系统直流侧的盈余功率；
25.电抗器，用于限制集中式直流耗能系统在投切过程中的电流变化率。
26.本发明实施例中，获取实时监测的柔性直流系统的直流电压值；在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中
式直流耗能系统为投入状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持投入状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，获取集中式直流耗能系统进入切除状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为投入状态，所述脉冲时长限值是根据柔性直流系统中器件能承受的最小的脉冲时长间隔确定的；在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持切除状态；在集中式直流耗能系统为投入状态时，获取集中式直流耗能系统进入投入状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为切除状态；在监测到的直流电压值大于预设的直流电压下限值，小于预设的直流电压上限值时，控制集中式直流耗能系统继续保持投切状态不变，可以在消耗柔性直流系统的直流侧盈余功率时，有效的将柔性直流系统的直流电压控制在预设范围内，降低集中式直流耗能系统的投切频率，保护系统中的器件安全。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
28.图1为本发明实施例中集中式直流耗能系统的控制方法的处理流程图；
29.图2为本发明实施例中集中式直流耗能系统的一电器连接图；
30.图3为本发明实施例中集中式直流耗能系统的控制装置的结构示意图；
31.图4为本发明实施例中集中式直流耗能系统的结构示意图；
32.图5为本发明一实施例的计算机设备结构示意图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
34.集中式直流耗能系统接于柔性直流系统的直流侧，集中式直流耗能系统包括：串联连接的耗能电阻、电抗器和开关器件串联模块，其中开关器件串联模块用于限制柔性直流系统的直流侧电压，设有多个串联的开关器件子模块，其中每一开关器件子模块包括：开关器件、吸收回路和避雷器，开关器件与吸收回路并联，与避雷器并联。图1为本发明实施例中集中式直流耗能系统的控制方法的处理流程图。如图1所示，本发明实施例中集中式直流耗能系统的控制方法可以包括：
35.步骤101、获取实时监测的柔性直流系统的直流电压值；
36.步骤102、在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为投入状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持投入状态；
37.步骤103、在集中式直流耗能系统为切除状态时，获取集中式直流耗能系统进入切
除状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为投入状态，所述脉冲时长限值是根据柔性直流系统中器件能承受的最小的脉冲时长间隔确定的；
38.步骤104、在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持切除状态；
39.步骤105、在集中式直流耗能系统为投入状态时，获取集中式直流耗能系统进入投入状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为切除状态；
40.步骤106、在监测到的直流电压值大于预设的直流电压下限值，小于预设的直流电压上限值时，控制集中式直流耗能系统继续保持投切状态不变。
41.本发明实施例中的集中式直流耗能系统接于柔性直流系统的直流侧，用于在柔性直流系统的受端交流系统出现交流故障时，消耗柔性直流系统的直流侧盈余功率，保护设备安全，首先对本发明实施例中的集中式直流耗能系统的构成进行简要说明：
42.图2为本发明实施例中集中式直流耗能系统的一电器连接图，如图2所示，本发明实施例中集中式直流耗能系统可以包括：串联连接的耗能电阻r、电抗器l和开关器件串联模块，其中耗能电阻r，用于消耗柔性直流系统直流侧的盈余功率；电抗器l，用于限制集中式直流耗能系统在投切过程中的电流变化率；开关器件串联模块用于限制柔性直流系统的直流侧电压，设有n个串联的开关器件子模块。
43.下面以图2中的第一开关器件子模块(n个串联的开关器件子模块中从上往下数的第一个开关器件子模块)为例介绍开关器件子模块的具体结构，其中第一开关器件子模块包括：开关器件t1、第一吸收回路和避雷器ar1，开关器件t1与第一吸收回路串联，与避雷器ar1并联，开关器件t1并联的避雷器ar1主要起到保护集中式直流耗能系统在投入期间不出现过压问题，同时起到器件之间的均压问题。采用避雷器可以有效的减小吸收回路中电容的容值，可以优化模块的体积。集中式直流耗能系统采用不接地设计，避雷器的保护电压设置可以低于极线避雷器的保护水平，能够给开关器件t1提供更好的保护，降低了开关器件t1需要承受的过电压水平。
44.第一吸收回路包括：均压电阻rd1、电容cd1和二极管dd1，其中均压电阻rd1与二极管dd1并联后，再与电容cd1串联；另外，第一开关器件子模块还包括反并联二极管d1，反并联二极管d1的阴极接于第一开关器件子模块端口的正端，反并联二极管d1的阴极接于第一开关器件子模块的负端。
45.基于上述开关器件子模块的拓扑结构，在集中式直流耗能系统处于投入状态时，可以防止由于动作时间的差异在器件上产生过大的电压，同时可以有效抑制器件关断时产生的电压尖峰。
46.具体实施时，在集中式直流耗能系统处于投入状态时，控制所有开关器件闭合，以使所有开关器件子模块处于导通状态，集中式耗能电阻投入正负母线直接进行耗能，每一开关器件子模块中的吸收回路进行放电操作，将电容上过高的电压通过均压电阻快速放电完成以准备下一个周期，可以有效的抑制器件关断产生的电压尖峰；且基于上述开关器件子模块的拓扑结构，均压电阻仅参与放电路径，有利于均压电阻的选型。
47.接下来说明控制上述集中式直流耗能系统消耗柔性直流系统的直流侧盈余功率的具体方法步骤。
48.首先可以获取实时监测的柔性直流系统的直流电压值，判断是否需要应用集中式直流耗能系统消耗盈余功率，降低直流电压值。
49.在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态，其中直流电压上限值可以根据直流侧设备能承受的最大压力值预先设置。(直流侧设备例如可以包括直流海缆、换流器等)
50.在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，需要投入集中式直流耗能系统，降低直流电压值；而此时集中式直流耗能系统可能包括以下两种投切状态，其中每种状态对应不同的集中式直流耗能系统控制方法：
51.(1)在集中式直流耗能系统为投入状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持投入状态。(继续利用集中式直流耗能系统降低直流电压值)
52.(2)在集中式直流耗能系统为切除状态时，获取集中式直流耗能系统进入切除状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为投入状态，其中脉冲时长限值是根据柔性直流系统中器件能承受的最小的脉冲时长间隔确定的。(集中式直流耗能系统在投入、切除时均会产生脉冲，若两次脉冲间隔的时长太短，易对器件造成损坏，需要限制集中式直流耗能系统投切状态的切换频率)
53.在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态，其中直流电压上限值可以根据直流侧设备能承受的最小压力值预先设置。
54.在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，无需投入集中式直流耗能系统；而此时集中式直流耗能系统可能包括以下两种投切状态，其中每种状态也对应不同的集中式直流耗能系统控制方法：
55.(1)在集中式直流耗能系统为切除状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持切除状态。(无需利用集中式直流耗能系统降低直流电压值)
56.(2)在集中式直流耗能系统为投入状态时，获取集中式直流耗能系统进入投入状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为切除状态。(集中式直流耗能系统在投入、切除时均会产生脉冲，若两次脉冲间隔的时长太短，易对器件造成损坏，需要限制集中式直流耗能系统投切状态的切换频率)
57.在监测到的直流电压值大于预设的直流电压下限值，小于预设的直流电压上限值时，说明此时直流电压值仍在正常波动范围内，控制集中式直流耗能系统继续保持投切状态不变即可。
58.在一个实施例中，所述集中式直流耗能系统中开关器件子模块的串联个数是根据柔性直流系统的直流电压额定值、开关器件的电压额定值确定的。
59.额定电压是指电气设备长时间正常工作时的最佳电压，额定电压也称为标称电压。当电气设备的工作电压高于额定电压时容易损坏设备，而低于额定电压时将不能正常工作(如灯泡发光不正常，电机不正常运转)。例如设置开关器件子模块的串联个数为n，则其中udc是直流电压额定值，udivece是每一个开关器件的额定电压。
60.在一个实施例中，所述开关器件子模块中的开关器件为全控型器件。
61.本发明实施例中还提供了一种集中式直流耗能系统的控制装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与集中式直流耗能系统的控制方法相似，因此该装置的实施可以参见集中式直流耗能系统的控制方法的实施，重复之处不再赘述。
62.图3为本发明实施例中集中式直流耗能系统的控制装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例中集中式直流耗能系统的控制装置具体可以包括：
63.第一监测模块301，用于获取实时监测的柔性直流系统的直流电压值；
64.第一获取与保持模块302，用于在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在直流耗能系统为投入状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持投入状态；
65.第一切换模块303，用于在集中式直流耗能系统为切除状态时，获取集中式直流耗能系统进入切除状态的累计时长，在累计时长超过最小脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为投入状态，所述脉冲时长限值是根据柔性直流系统中器件能承受的最小的脉冲时长间隔确定的；
66.第二获取与保持模块304，用于在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持切除状态；
67.第二切换模块305，用于在集中式直流耗能系统为投入状态时，获取集中式直流耗能系统进入投入状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为切除状态；
68.投切状态保持模块306，用于在监测到的直流电压值大于预设的直流电压下限值，小于预设的直流电压上限值时，控制集中式直流耗能系统继续保持投切状态不变。
69.在一个实施例中，所述集中式直流耗能系统中开关器件子模块的串联个数是根据柔性直流系统的直流电压额定值、开关器件的电压额定值确定的。
70.在一个实施例中，所述开关器件子模块中的开关器件为全控型器件。
71.图4为本发明实施例中集中式直流耗能系统的结构示意图。如图4所示，本发明实施例中集中式直流耗能系统具体可以包括：
72.开关器件串联模块401，用于限制柔性直流系统的直流侧电压，设有多个串联的开关器件子模块，其中每一开关器件子模块包括：开关器件、吸收回路和避雷器，开关器件与吸收回路并联，与避雷器并联；吸收回路用于将开关器件两端的电压限制在预设范围内，控制电压均衡，所述吸收回路包括均压电阻、电容和二极管；避雷器用于在投切过程中保护集中式直流耗能系统；
73.耗能电阻402，用于消耗柔性直流系统直流侧的盈余功率；
74.电抗器403，用于限制集中式直流耗能系统在投切过程中的电流变化率。
75.基于前述发明构思，如图5所示，本发明还提出了一种计算机设备500，包括存储器510、处理器520及存储在存储器510上并可在处理器520上运行的计算机程序530，所述处理器520执行所述计算机程序530时实现前述集中式直流耗能系统的控制方法。
76.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述集中式直流耗能系统的控制方法的计算机程序。
77.综上所述，本发明实施例中，获取实时监测的柔性直流系统的直流电压值；在监测到的直流电压值大于等于预设的直流电压上限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为投入状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持投入状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，获取集中式直流耗能系统进入切除状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为投入状态，所述脉冲时长限值是根据柔性直流系统中器件能承受的最小的脉冲时长间隔确定的；在监测到的直流电压值小于等于预设的直流电压下限值时，获取集中式直流耗能系统的投切状态；在集中式直流耗能系统为切除状态时，控制集中式直流耗能系统继续保持切除状态；在集中式直流耗能系统为投入状态时，获取集中式直流耗能系统进入投入状态的累计时长，在累计时长超过脉冲时长限值时，控制集中式直流耗能系统切换为切除状态；在监测到的直流电压值大于预设的直流电压下限值，小于预设的直流电压上限值时，控制集中式直流耗能系统继续保持投切状态不变，可以在消耗柔性直流系统的直流侧盈余功率时，有效的将柔性直流系统的直流电压控制在预设范围内，降低集中式直流耗能系统的投切频率，保护系统中的器件安全。
78.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
79.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
80.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
81.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
82.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。