一種智能的混合直流輸電系統(tǒng)及故障處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能的混合直流輸電系統(tǒng)及故障處理方法，尤其涉及一種應(yīng)用在至少一端為含有電流源型換流器的整流換流站，一端為含有電壓源型換流器的逆變換流站組成的混合直流輸電系統(tǒng)及故障處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓直流輸電系統(tǒng)可分為兩種類型:基于晶閘管技術(shù)的常規(guī)直流輸電系統(tǒng)(LCC-HVDC)和基于全控型電力電子器件技術(shù)的柔性直流輸電系統(tǒng)(Flexible-HVDC)。其中，常規(guī)直流輸電系統(tǒng)(LCC-HVDC)成本低、損耗小、運(yùn)行技術(shù)成熟，目前，世界上正在運(yùn)行的直流輸電系統(tǒng)幾乎都是LCC-HVDC系統(tǒng)，但常規(guī)直流輸電系統(tǒng)(LCC-HVDC)存在逆變側(cè)容易發(fā)生換相失敗、對交流系統(tǒng)的依賴性強(qiáng)、吸收大量無功、換流站占地面積大等缺點(diǎn)。而新一代的柔性直流輸電系統(tǒng)(Flexible-HVDC)則能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率及無功功率解耦控制、可以向無源網(wǎng)絡(luò)供電、結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、不存在逆變側(cè)換相失敗問題等優(yōu)點(diǎn)，但其存在成本尚昂、損耗$父大等缺陷。
[0003]因此結(jié)合常規(guī)直流輸電和柔性直流輸電的混合直流輸電系統(tǒng)將具有很好的工程應(yīng)用前景。目前混合直流輸電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有如圖1所示的對稱單極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)和圖2所示的對稱雙極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)結(jié)合了常規(guī)直流輸電損耗小、運(yùn)行技術(shù)成熟以及柔性直流輸電可以向無源網(wǎng)絡(luò)供電、不會發(fā)生換相失敗的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]但圖1和2中的混合直流輸電系統(tǒng)，當(dāng)逆變側(cè)電壓源型換流器所連接的交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，直流系統(tǒng)的有功功率不能輸出到交流側(cè)，而處于整流狀態(tài)的電流源型換流器仍然按照既定的功率參考值向直流系統(tǒng)輸送功率，此時直流側(cè)電壓將會由于能量不斷的積累而快速增加，最終將危及直流設(shè)備安全。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，基于晶閘管技術(shù)的常規(guī)直流輸電系統(tǒng)，在逆變側(cè)所連接的交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，逆變側(cè)換流器將發(fā)生換相失敗，此相當(dāng)于直流側(cè)發(fā)生短路故障，因而不會引起大的直流過壓。基于全控型電力電子器件技術(shù)的柔性直流輸電系統(tǒng)，在逆變側(cè)所連接的交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，直流系統(tǒng)的有功功率也不能輸出到交流側(cè)，此時直流側(cè)電壓也會由于能量不斷的積累而快速增加，其通過快速的減小直流側(cè)有功功率參考值來保持直流側(cè)的電壓在可控范圍內(nèi)，不至于過高。但此種方法對于混合直流輸電系統(tǒng)并不適用，混合直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)是電流源型換流器，其功率電流調(diào)節(jié)器的速度比柔性直流輸電系統(tǒng)的慢的多，通過減小直流側(cè)有功功率參考值并不能及時的阻止能量不斷的積累，加上長輸電線的寄生電感所儲存的能量的作用，混合直流輸電系統(tǒng)的直流母線電壓及子模塊電容電壓仍然會大幅超過可接受范圍，危及設(shè)備安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明提供一種智能的混合直流輸電系統(tǒng)及故障處理方法，能夠有效處理混合直流輸電系統(tǒng)中逆變側(cè)電壓源型換流器所連接的交流電網(wǎng)發(fā)生故障時所引起的直流過壓問題，防止直流母線及子模塊電容過電壓，可靠的穿越交流故障，更好的保護(hù)設(shè)備安全。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種智能的混合直流輸電系統(tǒng)，包括混合直流輸電系統(tǒng)，所述混合直流輸電系統(tǒng)包括用于連接送端交流電網(wǎng)的整流換流站、用于連接受端交流電網(wǎng)的逆變換流站以及用于連接整流換流站和逆變換流站的直流輸電線路，所述整流換流站包括至少一組電流源型換流器單元，所述逆變換流站包括至少一組電壓源型換流器單元；
[0009]其特征在于，還包括故障處理裝置，所述故障處理裝置包括采集單元、故障判別單元、有功功率電流控制單元和直流電壓控制單元，其中:
[0010]所述采集單元用于采集混合直流輸電系統(tǒng)的直流電壓、直流電流、逆變換流站所連接交流電網(wǎng)的交流電壓以及逆變換流站內(nèi)電壓源型換流器的子模塊電容電壓；
[0011]所述故障判別單元用于依據(jù)采集單元所采集的相關(guān)模擬量的狀態(tài)進(jìn)而判斷混合直流輸電系統(tǒng)是否發(fā)生故障；
[0012]所述有功功率電流控制單元用于根據(jù)故障判別單元的判別結(jié)果控制整流換流站輸出的功率及逆變換流站輸出的交流電流；
[0013]所述直流電壓控制單元用于根據(jù)故障判別單元的判別結(jié)果控制逆變換流站產(chǎn)生的直流電壓。
[0014]其中，整流換流站與逆變換流站分別獨(dú)立檢測混合直流輸電系統(tǒng)是否發(fā)生故障，或者整流換流站與逆變換流站通過通信共同檢測混合直流輸電系統(tǒng)是否發(fā)生故障。
[0015]—種智能的混合直流輸電系統(tǒng)的故障處理方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0016]步驟1、采集混合直流輸電系統(tǒng)的直流電壓、直流電流、逆變換流站所連接交流電網(wǎng)的交流電壓以及逆變換流站內(nèi)電壓源型換流器的子模塊電容電壓；
[0017]步驟2、依據(jù)步驟1采集的模擬量判別混合直流輸電系統(tǒng)是否發(fā)生故障；
[0018]步驟3、若發(fā)生故障，則改變整流換流站輸送的功率，同時改變逆變換流站產(chǎn)生的直流電壓和/或輸出的交流電流。
[0019]其中，當(dāng)故障消失時，則整流換流站輸送的功率恢復(fù)至故障前的功率、逆變換流站產(chǎn)生的直流電壓及輸出的交流電流恢復(fù)至故障前的水平。
[0020]優(yōu)選，整流換流站通過增大觸發(fā)角或依據(jù)測量的直流電壓值改變直流功率/電流指令的一種或組合來改變輸送的功率；逆變換流站依據(jù)實(shí)測的交流母線電壓的有效值動態(tài)改變交流電流指令來改變輸出的交流電流、逆變換流站依據(jù)實(shí)測的子模塊電容電壓動態(tài)改變子模塊的投切個數(shù)來改變產(chǎn)生的直流電壓。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]1)本發(fā)明能夠有效處理混合直流輸電系統(tǒng)中逆變換流站端的交流故障，防止直流母線及子模塊電容過電壓，可靠的穿越交流故障，更好的保護(hù)設(shè)備安全。
[0023]2)本發(fā)明能夠有效處理混合直流輸電系統(tǒng)中逆變側(cè)逆變換流站所連接的交流電網(wǎng)發(fā)生故障時所引起的直流過壓問題，可以在故障期間有效的保持直流側(cè)電壓在可控范圍內(nèi)。
[0024]3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可以在逆變側(cè)逆變換流站所連接的交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，有效防止直流電壓的升高，保持直流側(cè)電壓在可控范圍內(nèi)，從而有效的穿越交流故障。
【附圖說明】
[0025]圖1是對稱單極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)示意圖；
[0026]圖2是對稱雙極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明一種智能的混合直流輸電系統(tǒng)故障處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖4是本發(fā)明一種智能的混合直流輸電系統(tǒng)的故障處理方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0030]一種智能的混合直流輸電系統(tǒng)，包括混合直流輸電系統(tǒng)和故障處理裝置，其中，混合直流輸電系統(tǒng)包括用于連接送端交流電網(wǎng)的整流換流站、用于連接受端交流電網(wǎng)的逆變換流站以及用于連接整流換流站和逆變換流站的直流輸電線路，逆變換流站通過變壓器連接受端交流電網(wǎng)，所述整流換流站包括至少一組電流源型換流器單元，所述逆變換流站包括至少一組電壓源型換流器單元。
[0031]一般的，整流換流站采用基于晶閘管器件的電流源型換流器，電流源型換流器可以為六脈動橋式電路、十二脈動橋式電路或者雙十二脈動橋式電路；而逆變換流站采用基于全控型電力電子器件的電壓源型換流器，構(gòu)成電壓源型換流器橋臂的子模塊是以下一種或多種:半橋型、全橋型、類全橋型、箝位雙子模塊型，而構(gòu)成子模塊的開關(guān)器件是全控型開關(guān)器件，比如 IGBT、IGCT、IEGT 或 GT0。
[0032]圖1所示的對稱單極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)和圖2所示的對稱雙極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)是比較常見的混合直流輸電系統(tǒng)，本發(fā)明適用于如圖1和圖2所示的混合直流輸電系統(tǒng)，但不限于這兩種輸電系統(tǒng)，方法適用于所有的混合直流輸電系統(tǒng)。下面以圖2作為具體實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0033]如圖2所示，混合直流輸電系統(tǒng)包括:整流換流站和逆變換流站，兩者通過兩條直流輸電線路相連，其中:整流換流站用于將送端交流電網(wǎng)的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電后通過直流輸電線路傳送給逆變換流站，送端交流電網(wǎng)進(jìn)站的母線上可連接有無源濾波器，也可能沒有，需根據(jù)系統(tǒng)工程條件來確定，當(dāng)電流源型換流器由晶閘管換流器組成時，一般需要裝設(shè)無源濾波器，有時還需要裝設(shè)無功補(bǔ)償電容器。圖2中整流換流站由兩組晶閘管換流器單元串聯(lián)組成，其串聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接接地極，串聯(lián)后的正負(fù)兩端均通過平波電抗器與直流輸電線路相連接；同時在直流線路與大地之間裝設(shè)有直流濾波器。
[0034]晶閘管換流器單元采用十二脈動橋式電路；其中，每個橋臂均由若干個晶閘管串聯(lián)構(gòu)成，晶閘管換流器采用定直流電流控制策