提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路。交流受端電網(wǎng)與風(fēng)電場(chǎng)之間設(shè)置有受端換流站、送端換流站，且受端換流站直流側(cè)接入能量吸收裝置。本實(shí)用新型將受端換流站直流進(jìn)線側(cè)直流吸能回路配置為火花間隙及金屬氧化物限壓器的型式。當(dāng)受端電網(wǎng)交流側(cè)發(fā)生故障時(shí)，吸能回路觸發(fā)火花間隙動(dòng)作，間隙導(dǎo)通，直流電壓加在金屬氧化物限壓器兩端并超過(guò)金屬氧化物限壓器額定直流電壓，金屬氧化物限壓器動(dòng)作后電壓加在間隙火花放電裝置及金屬氧化物限壓器兩端，同時(shí)間隙火花放電裝置將放電電流控制在合理范圍。新的主回路結(jié)構(gòu)采用金屬氧化物限壓器、GAP、間隙火花放電裝置等成熟設(shè)備元件，運(yùn)行可靠性高，降低直流吸能回路造價(jià)。
【專利說(shuō)明】提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，屬于提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，利用以太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電已成為未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。這些發(fā)電方式具有遠(yuǎn)離主電網(wǎng)、隨時(shí)間波動(dòng)較大等特點(diǎn)。基于電壓源換流器的直流輸電(voltage source converter HVDC, VSC-HVDC)可獨(dú)立快速控制所傳輸?shù)挠泄β屎蜔o(wú)功功率，其換流器自換向，能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)換流站交流側(cè)的有功功率和無(wú)功功率，具有優(yōu)越的可控性和靈活性，成為實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電與主電網(wǎng)之間的穩(wěn)定聯(lián)結(jié)的最有潛質(zhì)的電力傳輸方式。柔性直流輸電換流器采用可關(guān)斷功率器件組成的電壓源換流器，逆變站不存在換相失敗情況，具備比常規(guī)直流輸電優(yōu)越得多的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]電壓源換流器直流輸電的突出技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，使得其在接入間隙性能源等方面大量應(yīng)用，突出的典型應(yīng)用是遠(yuǎn)距離、大規(guī)模的海上風(fēng)電接入，在歐洲和北美已經(jīng)大量應(yīng)用。由于風(fēng)電場(chǎng)等間歇性能源的發(fā)電站，一般處于偏于地區(qū)或者海上，操作和維護(hù)困難；另一方面，為了減少啟停對(duì)電網(wǎng)的影響，各國(guó)均對(duì)接入系統(tǒng)的故障穿越能力提出了要求。目前的一般做法是，采用電壓源換流器直流輸電接入風(fēng)電，在受端換流站的直流側(cè)并聯(lián)接入吸能電阻，吸收在受端交流出線故障期間，送端風(fēng)電場(chǎng)持續(xù)的功率輸出，避免直流過(guò)壓導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)，如圖1所示。吸能電阻一般通過(guò)可關(guān)斷器件，如絕緣柵雙極型晶體管IGBT構(gòu)成的開關(guān)接在極線之間。這種結(jié)構(gòu)的高壓IGBT串聯(lián)開關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度大，并且使用大量的大功率開關(guān)器件，成本很高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供一種保障系統(tǒng)安全，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，明顯節(jié)約投資的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:本實(shí)用新型的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，交流受端電網(wǎng)與風(fēng)電場(chǎng)之間設(shè)置有受端換流站、送端換流站，且受端換流站直流側(cè)接入能量吸收裝置。
[0006]上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙、間隙火花放電裝置、金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙的能量吸收裝置，或受端換流站與送端換流站之間僅連接有金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有金屬氧化物限壓器與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置。
[0007]上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2的能量吸收裝置，火花間隙L1、間隙火花放電裝置GAP1、金屬氧化物限壓器M0V1、金屬氧化物限壓器M0V2、間隙火花放電裝置GAP2、火花間隙L2按順序串聯(lián)。
[0008]上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2的能量吸收裝置，火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2按任意順序串聯(lián)。
[0009]上述受端換流站與送端換流站之間的交流電網(wǎng)為500kV、330kV、220kV、11OkV、66kV、35kV、10kV、6kV。
[0010]本實(shí)用新型采用在受端換流站直流側(cè)接入能量吸收裝置的結(jié)構(gòu)，提高電壓源換流器在受端換流站交流出線故障情況下的穿越能力，保證直流系統(tǒng)能夠在故障期間保持運(yùn)行，在故障清除后立刻恢復(fù)正常運(yùn)行。此外，本實(shí)用新型的能量吸收裝置由于采用火花間隙及金屬氧化物限壓器MOV的結(jié)構(gòu)，由于火花間隙及金屬氧化物限壓器MOV技術(shù)成熟，動(dòng)作邏輯清晰，通過(guò)合理配置設(shè)備參數(shù)，能夠保證投入后將交流故障期間直流側(cè)電壓控制在合理范圍，進(jìn)而保障換流器及直流側(cè)設(shè)備不產(chǎn)生有危害的過(guò)電壓，保障系統(tǒng)安全。這種結(jié)構(gòu)采用成熟的設(shè)備元件，運(yùn)行可靠性高，明顯節(jié)約投資。本實(shí)用新型是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為現(xiàn)有直流吸能回路選用電力電子開關(guān)的柔性直流系統(tǒng)接線示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型直流吸能回路選用火花間隙和金屬氧化物限壓器MOV的柔性直流系統(tǒng)接線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例:
[0014]本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如2所示，本實(shí)用新型的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，本實(shí)用新型的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，交流受端電網(wǎng)與風(fēng)電場(chǎng)之間設(shè)置有受端換流站、送端換流站，且受端換流站直流側(cè)接入能量吸收裝置。
[0015]上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙、間隙火花放電裝置、金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙的能量吸收裝置，或受端換流站與送端換流站之間僅連接有金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有金屬氧化物限壓器MOV與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置。
[0016]上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2的能量吸收裝置，火花間隙L1、間隙火花放電裝置GAP1、金屬氧化物限壓器M0V1、金屬氧化物限壓器M0V2、間隙火花放電裝置GAP2、火花間隙L2按順序串聯(lián)。
[0017]上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2的能量吸收裝置，火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2按任意順序串聯(lián)。
[0018]上述受端換流站與送端換流站之間的交流電網(wǎng)為500kV、330kV、220kV、11OkV、66kV、35kV、10kV、6kV。
[0019]本實(shí)用新型提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的控制方法，包括如下步驟:
[0020]I)檢測(cè)到交流受端電網(wǎng)發(fā)生短路故障后，直流側(cè)電壓超過(guò)額定值，則觸發(fā)間隙火花放電裝置GAPl和GAP2導(dǎo)通；
[0021]2)間隙火花放電裝置GAPl和GAP2導(dǎo)通后，直流電壓施加在金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2兩端；
[0022]3)間隙火花放電裝置GAPl和GAP2導(dǎo)通動(dòng)作的同時(shí)，金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2進(jìn)入拐點(diǎn)，通過(guò)大電流放電，吸收直流回路能量，最大放電電流由間隙火花放電裝置限制；
[0023]4)直流回路通過(guò)金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2放電后，直流電壓下降，金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2兩端電壓回到殘壓，間隙火花放電裝置GAPl和GAP2停止導(dǎo)通，金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2殘壓取值比直流額定值高；
[0024]5)直流側(cè)吸能結(jié)束，直流電壓限制在額定值左右；
[0025]6)交流受端電網(wǎng)故障清除后，直流系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。
[0026]上述步驟I)檢測(cè)到交流受端電網(wǎng)發(fā)生短路故障后，直流側(cè)電壓超過(guò)額定值1.35pu，則觸發(fā)間隙火花放電裝置GAPl和GAP2導(dǎo)通。
[0027]上述步驟3)金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2保護(hù)電壓也取在1.35pu。
[0028]本實(shí)用新型的動(dòng)作邏輯如下:
[0029](I)電網(wǎng)正常運(yùn)行期間，本實(shí)用新型所述的能量吸收回路處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，電網(wǎng)能量由送端換流站經(jīng)直流線路送到受端換流站，吸收回路中僅流過(guò)泄漏電流；正常運(yùn)行期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交流受端電網(wǎng)電壓及直流線路電壓，當(dāng)檢測(cè)到交流受端電網(wǎng)發(fā)生短路故障且直流線路電壓高于額定值1.35pu后，間隙火花放電裝置GAPl和GAP2啟動(dòng)，將放電間隙導(dǎo)通；
[0030](2)點(diǎn)火裝置啟動(dòng)后，在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)GAPl和GAP2將導(dǎo)通，放電間隙導(dǎo)通后殘壓為電弧電阻電壓，通常低于IkV ;此時(shí)直流電壓主要施加在金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2兩端，金屬氧化物限壓器MOVl和M0V2保護(hù)電壓取在1.35pu左右，因此金屬氧化物限壓器承受的電壓超過(guò)保護(hù)電壓動(dòng)作值，金屬氧化物限壓器MOVl和M0V2進(jìn)入拐點(diǎn)；
[0031](3)金屬氧化物限壓器導(dǎo)通后，M0V1、M0V2、GAP1和GAP2均處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，直流側(cè)電壓主要施加在金屬氧化物限壓器MOVl和LI (金屬氧化物限壓器M0V2和L2)兩端，回路中通過(guò)的最大電流取決于L1、L2的感抗值及金屬氧化物限壓器MOVl和M0V2閥片特性。直流系統(tǒng)的能量通過(guò)火花間隙、金屬氧化物限壓器MOVl和M0V2及間隙火花放電裝置形成的回路釋放；
[0032](4)回路中通過(guò)電流后，直流系統(tǒng)的能量被金屬氧化物限壓器MOVl和M0V2消耗，直流電壓降低，當(dāng)金屬氧化物限壓器MOVl及M0V2承受的電壓達(dá)到殘壓值時(shí)，金屬氧化物限壓器MOV和M0V2將恢復(fù)高阻抗?fàn)顟B(tài)，GAPl和GAP2也停止導(dǎo)通，回路中僅通過(guò)泄露電流，放電過(guò)程結(jié)束，直流系統(tǒng)電壓限制在額定值左右；
[0033](5)交流受端電網(wǎng)故障清除，直流系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，其特征在于交流受端電網(wǎng)與風(fēng)電場(chǎng)之間設(shè)置有受端換流站、送端換流站，且受端換流站直流側(cè)接入能量吸收裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，其特征在于上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙、間隙火花放電裝置、金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙的能量吸收裝置，或受端換流站與送端換流站之間僅連接有金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置，或受端換流站直流側(cè)接入包括有金屬氧化物限壓器與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，其特征在于上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2的能量吸收裝置，火花間隙L1、間隙火花放電裝置GAP1、金屬氧化物限壓器M0V1、金屬氧化物限壓器M0V2、間隙火花放電裝置GAP2、火花間隙L2按順序串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，其特征在于上述受端換流站直流側(cè)接入包括有火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2的能量吸收裝置，火花間隙LI及L2、間隙火花放電裝置GAPl和GAP2、金屬氧化物限壓器MOVl和金屬氧化物限壓器M0V2按任意順序串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，其特征在于上述受端換流站與送端換流站之間的交流電網(wǎng)為500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6kV。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK203722247SQ201320846357
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】饒宏, 許樹楷, 黎小林, 馮滿盈, 李立浧, 候婷, 朱喆, 陳俊, 魏偉, 陳名 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司