雙極性通用型換流站及其mtdc系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種雙極性通用型換流站及其MTDC系統(tǒng)。雙極性通用型換流站能夠被配置成為一個整流器或逆變器，可被平滑地連接到DC系統(tǒng)或與DC系統(tǒng)斷開連接，可被并聯(lián)或串聯(lián)連接到MTDC系統(tǒng)，雙極性通用型換流站的電流方向和/或電壓方向與雙極性通用型換流站的設計方向相比能夠靈活改變?？紤]由所提出的雙極性通用型換流站構成的MTDC系統(tǒng)，所公開的雙極性通用型換流站的接地電流回路模式能夠在金屬回路模式與大地回路模式之間轉變。所公開的MTDC系統(tǒng)的系統(tǒng)電流回路模式能夠在遠程回路模式與本地回路模式之間轉變。
【專利說明】雙極性通用型換流站及其MTDC系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及MTDC(多端直流)技術，更具體地涉及一種雙極性通用型換流站及其MTDC系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在MTDC系統(tǒng)或DC電網中，具有多于兩個的換流站，而且，系統(tǒng)的所有換流站應在不使系統(tǒng)關閉的情況下能夠靈活操作。特別地，對于串聯(lián)MTDC系統(tǒng)，如果換流站能夠并聯(lián)或串聯(lián)地連接到系統(tǒng)、能夠改變電流和/或電壓的方向、能夠實現接地電流回路模式轉換、能夠實現系統(tǒng)電流模式轉換等，則將是比較好的。利用這些功能，串聯(lián)MTDC系統(tǒng)的操作靈活性能夠大大提尚。
[0003]現有技術CN102082432A公開了一種用于串聯(lián)MTDC系統(tǒng)的HV換流站。然而，HV換流站不能實現電流方向逆轉、也不能實現遠程回路和本地回路之間的電流回路模式轉換。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明提供一種雙極性通用型換流站及其MTDC系統(tǒng)。
[0005]根據本發(fā)明的一方面，提供一種雙極性通用型換流站。該雙極性通用型換流站能夠被配置成一個整流器或逆變器，可被平滑地連接到DC系統(tǒng)或與DC系統(tǒng)斷開連接，和/或并聯(lián)或串聯(lián)連接到MTDC系統(tǒng)；和/或所述雙極性通用型換流站的電流方向和/或電壓方向能夠靈活地改變；和/或接地電流回路模式能夠在金屬回路模式與大地回路模式之間轉變。
[0006]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，雙極性通用型換流站包括:用于每個極(pole)的至少一個AC/DC換流器。
[0007]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，雙極性通用型換流站進一步包括:用于每個極的第一開關裝置(11、12)，被配置成實現雙極性通用型換流站與DC系統(tǒng)的并聯(lián)或串聯(lián)連接。
[0008]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，雙極性通用型換流站進一步包括:用于每個AC/DC換流器的第二開關裝置(23、24)，被配置成與換流器隔離開關(21、22)協(xié)作改變雙極性通用型換流站的電流和/或電壓方向。
[0009]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，雙極性通用型換流站進一步包括:用于每個極的金屬回路線路51，被配置成實現大地回路與金屬回路之間的轉變以及本地回路與遠程回路之間的轉變。
[0010]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，第一開關裝置包括兩個開關，兩個開關中的一個12被配置成實現AC/DC換流器與DC系統(tǒng)的串聯(lián)連接，另一個11被配置成實現AC/DC換流器與DC系統(tǒng)的并聯(lián)連接。
[0011]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，第二開關裝置包括兩個開關，其中兩個開關(23、24)的閉合和兩個換流器隔離開關(21、22)的打開被配置成形成第一功率流徑，或者兩個所述開關的打開和兩個換流器隔離開關的閉合被配置成形成第二功率流徑。
[0012]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，金屬回路路線的一個端子被連接到極線(poleline)92，金屬回路路線的另一個端子被連接到NBS上位于換流器一側的端子。
[0013]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，連接模式為串聯(lián)或并聯(lián)連接，接地電流回路模式為金屬回路或大地回路。
[0014]根據本發(fā)明的另一方面，提供一種用于改變上述雙極性通用型換流站的連接模式的方法。該方法包括:在雙極性通用型換流站的極線與中性母線之間的每個極中提供第一開關裝置閉鎖每個極中的換流器；將第一開關裝置的兩個開關在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換；以及解鎖每個極中的換流器。
[0015]根據本發(fā)明的另一方面，提供一種用于改變上述雙極性通用型換流站的電流和/或電壓方向的方法。該方法包括:在每個極中提供第二開關裝置；解鎖并隔離每個極中的換流器；將第二開關裝置的兩個開關和換流器隔離開關在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換，以形成不同的功率流徑；以及解鎖每個極中的換流器。
[0016]根據本發(fā)明的另一方面，提供一種用于在上述雙極性通用型換流站的大地回路與金屬回路之間轉變的方法。該方法包括:為了從大地回路轉變至金屬回路，啟用具有故障的極中的金屬回路路線，閉合具有故障的極中的NBS以形成金屬回路路徑，并打開MRTB以切斷大地回路路徑；以及為了從金屬回路轉變至大地回路，閉合MRTB以形成大地回路路徑，打開從故障恢復的極中的NBS以切斷金屬回路路徑并禁用金屬回路路線。
[0017]根據本發(fā)明的另一方面，提供一種MTDC系統(tǒng)。該MTDC系統(tǒng)包括至少一個上述雙極性通用型換流站。該MTDC系統(tǒng)能夠以不同的系統(tǒng)回路模式進行操作，并且在不使系統(tǒng)停運的情況下能夠實現模式之間的轉變。
[0018]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，系統(tǒng)回路模式為系統(tǒng)級的本地回路模式或遠程回路模式。
[0019]根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，系統(tǒng)在轉換連接模式、換流器模式和/或電流回路模式期間不必停運或重啟。
[0020]根據本發(fā)明的另一方面，提供一種用于在由上述MTDC系統(tǒng)形成的MTDC系統(tǒng)的本地回路模式與遠程回路模式之間轉變的方法。該方法包括:閉鎖遠程站的每個極中的換流器；啟用遠程站的每個極中的金屬回路線路，以形成遠程回路路徑；連接本地站的中性母線，以形成本地回路路徑；打開遠程站的NBS，以實現從MTDC系統(tǒng)的遠程回路至本地回路的轉換；以及打開本地站的NBS，以實現從MTDC系統(tǒng)的本地回路至遠程回路的轉換。
[0021]本發(fā)明的實施例提供一種雙極性通用型換流站及其MTDC系統(tǒng)，其實現了并聯(lián)或串聯(lián)連接到MTDC系統(tǒng)的整流器或逆變器功能，并于MTDC系統(tǒng)的設計方向相比改變雙極性通用型換流站的電流和/或電壓方向。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]在以下描述中將參照例示在附圖中的優(yōu)選示例性實施例更詳細地說明本發(fā)明的主題，其中:
[0023]圖1例示根據本發(fā)明實施例的雙極性通用型換流站的配置；
[0024]圖2例示現有技術中的換流器的配置；
[0025]圖3例示根據本發(fā)明實施例的用于改變雙極性通用型換流站的連接模式的方法的流程圖；
[0026]圖4a例示具有所提出的雙極性通用型換流站的4端串聯(lián)型MTDC系統(tǒng)的單線路示意圖；
[0027]圖4b例示在旁路換流端RjP I i之后處于遠程回路操作下的系統(tǒng)單線路示意圖；以及
[0028]圖4c例示在系統(tǒng)級回路模式轉變之后在本地回路操作條件下系統(tǒng)的單線路示意圖。
【具體實施方式】
[0029]在下文中結合附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。為了清楚和簡明，并非實際實施方式的所有特征都在說明書中進行描述。
[0030]圖1例示根據本發(fā)明實施例的雙極性通用型換流站的結構。
[0031]如圖1所示，雙極性通用型換流站可被配置成并聯(lián)或串聯(lián)連接到MTDC系統(tǒng)的整流器或逆變器。該雙極性通用型換流站可平滑地連接到DC系統(tǒng)或與DC系統(tǒng)斷開。和/或該雙極性通用型換流站的電流和/或電壓方向可靈活地改變，以便滿足MTDC系統(tǒng)(或DC網絡系統(tǒng))操作的需求。和/或接地電流回路模式可在金屬回路模式與大地回路模式之間轉變。
[0032]詳細地，雙極性通用型換流站包括:每個極中的至少一個AC/DC換流器(8a、8b)；由金屬導線(13a、13b)和相關的開關(lla、llb和12a、12b)構成的第一開關裝置；包括與換流器(8a、8b)并聯(lián)的開關(23a、24a和23b、24b)的第一開關裝置；換流器隔尚開關(21a、22a和21b、22b);兩個NBS(中性母線開關，4a和4b);金屬回路線路(51a,51b)和相關的開關(5a、5b) ;MRTB (金屬回路轉換斷路器，6)和接地電極7 ;以及站與系統(tǒng)的接合點(91a、91b 和 92a,92b)。
[0033]通過用于每個極的第一開關裝置(11、12)，所提出的解決方案被配置成轉變連接模式或者將雙極性通用型換流站與DC系統(tǒng)斷開連接。具體地，兩個開關(11、12)中的一個開關12被配置成實現AC/DC換流器與DC系統(tǒng)的串聯(lián)連接，另一開關11被配置成實現AC/DC換流器與DC系統(tǒng)的并聯(lián)連接。利用第一開關裝置和AC/DC換流器的協(xié)作，可以實現連接模式之間的平穩(wěn)轉變。
[0034]通過用于每個AC/DC換流器的第二開關裝置(23、24)，雙極性通用型換流站的電流和/或電壓可以改變。具體地，兩個開關(23、24)的閉合被配置成形成第一電力流徑；或者，兩個開關的打開被配置成形成第二電力流徑。利用第一開關裝置、第二開關裝置和AC/DC換流器的協(xié)作，可以平滑地改變雙極性通用型換流站的電流和/或電壓方向。
[0035]而且，所提出的雙極性通用型換流站使得NBS(中性母線開關)總是在低壓側，實現大地回路與金屬回路之間的轉變和/或繞開單個換流器，實現遠程回路與本地回路之間的轉變和/或繞開整個雙極性通用型換流站。更多細節(jié)將描述如下。
[0036]在本發(fā)明中，所提出的雙極性通用型換流站的連接模式為串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。
[0037]圖2例示現有技術中的換流器的結構。
[0038]如圖2所示，換流器8可被配置成連接到雙極性通用型換流站的整流器或逆變器。詳細地，換流器包括旁路開關(I)、兩個換流器閥(2、2”)和相關的AC變壓器(3、3”)。
[0039]圖3例示根據本發(fā)明實施例的用于改變雙極性通用型換流站的連接模式的方法的流程圖。
[0040]如圖3所示，基于上述雙極性通用型換流站執(zhí)行方法300。該方法包括:
[0041]步驟301，在極線與中性母線之間的每個極上提供第一開關裝置(11、12)。
[0042]步驟302，閉鎖每個極中的換流器8。
[0043]步驟303，將第一開關裝置中的兩個開關(11、12)在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換。
[0044]步驟304，解鎖每個極中的換流器8。
[0045]詳細地，該過程將被解釋為基于上文所提出的雙極性通用型換流站通過切換開關11和12轉變連接模式。首先，假設如高壓整流器端子連接模式為串聯(lián)模式，則連接模式將轉變成并聯(lián)模式。對于所提出的雙極性通用型換流站的串聯(lián)連接模式，開關(IlaUlb)打開，開關(12a、12b)閉合。因而一般而言，用于將連接模式改變成并聯(lián)模式的順序包括:在每個極中，繞過換流器8 ;閉合開關11 ;閉鎖換流器8 ;打開開關12 ;閉合開關4和6 ;最后重啟換流器8。
[0046]對于處于高電壓等級的換流站，為了將連接模式轉變成串聯(lián)模式，將順序進行下述步驟，包括:閉鎖換流器8 ;打開開關4和6 ;閉合開關12 ;閉合換流器8的旁路開關(包括但不限于旁路隔離開關)；打開開關11 ;解鎖換流器8。最后，實現從并聯(lián)模式到串聯(lián)模式的轉變。
[0047]將基于晶閘管的LCC換流站作為示例，介紹其電流方向的改變。假設站的連接模式為串聯(lián)模式。
[0048]I)在轉變之前，換流器隔離開關21和22閉合，電流方向在正極中為從91a至92a、在負極中為從92b至91b ；
[0049]2)旁路并閉鎖換流器8，在閉鎖之后，開關11閉合，開關12打開；
[0050]3)打開換流器隔離開關21和22，閉合換流器隔離開關23和24 ;以及
[0051]4)閉合開關12并對解鎖換流器8，在解鎖期間，開關11打開，并且在解鎖之后，電流方向在正極中為從92a至91a、在負極中為從91b至92b。
[0052]假設上文的換流站的連接模式為并聯(lián)模式，則順序如下:
[0053]I)在轉變之前，電流方向對于正極為從接地電極7至92a、對于負極為從92b至7 ；
[0054]2)停止換流器8 ；
[0055]3)打開換流器隔咼開關21和22 ；
[0056]4)閉合隔離開關23和24 ；以及
[0057]5)重啟換流器8，電流方向對于正極為92a至7，對于負極為7至92b。
[0058]對于本領域技術人員顯而易見的是，所提出的發(fā)明利用電流和/或電壓方向的改變。一些類型的換流器為電流單向，一些類型為電壓單向。本發(fā)明所帶來的這種能力可以改進其中應用有不同類型的換流器的MTDC系統(tǒng)或DC網絡系統(tǒng)的靈活性。
[0059]在本發(fā)明中，所提出的雙極性通用型換流站的接地電流回路模式為金屬回路或大地回路。對于金屬回路模式，規(guī)定接地電流通過極的金屬線路返回。而對于大地回路模式，規(guī)定大地電流通過大地極返回。所提出的雙極性通用型換流站的大地回路模式與金屬回路模式之間的轉變介紹如下。假設負極中的換流器已缺失。
[0060]用于將大地回路轉變到金屬回路模式的簡要順序包括，在本示例中，假設負極的換流器Sb已被阻斷:
[0061]I)閉合開關(4b和5b)以便形成通過金屬回路線51b的金屬回路路徑；
[0062]2)打開MRTB6以便切斷通過接地極7的大地回路路徑中的電流。
[0063]相反，用于將金屬回路轉變成大地回路模式的過程的簡要順序包括:
[0064]I)閉合MRTB 6以便形成通過接地極7的大地回路路徑；
[0065]2)打開NBS 4b以便切斷通過線路51b的金屬回路路徑中的電流。
[0066]對于本領域技術人員顯而易見的是，所提出的發(fā)明利用大地回路模式和金屬回路模式的轉變。大地回路模式可以維持不平衡系統(tǒng)的短期操作，在從金屬回路模式轉變至大地回路模式期間，地電流可以通過利用NBS 4改變方向。這意味著，通常用在典型的HVDC站的DC區(qū)中的大地回路轉換開關(GRTS)在本發(fā)明中可以去除并且其功能由NBS 4取代。
[0067]在本發(fā)明的其他方面中，還提供了一種MTDC系統(tǒng)，其中MTDC系統(tǒng)包括至少一個上述通用型換流站。MTDC系統(tǒng)可以以不同的系統(tǒng)回路模式進行操作，各模式之間的轉變可以在不使系統(tǒng)停運的情況下實現。將本地回路模式定義為系統(tǒng)電流通過所保留的高電壓等級站的中性母線而返回，而將遠程回路模式定義為系統(tǒng)電流通過被閉鎖的低電壓等級站的金屬回路線路和低電壓等級站與高電壓等級站之間的轉變線路而返回。對于MTDC系統(tǒng)的本地回路模式與遠程回路模式之間的轉換來說，該操作于MTDC系統(tǒng)的低電壓等級換流站閉鎖時發(fā)生。
[0068]圖4a例示具有所提出的雙極性通用型換流站的4端串聯(lián)MTDC系統(tǒng)的單線路示意圖。包括四個換流站(W^I2)的一個4端串聯(lián)MTDC系統(tǒng)作為示例。假設將RjPI1閉鎖。將遠程回路轉變至本地回路的簡要順序包括:
[0069]I)通過閉合開關5利用金屬回路線路(51)旁路RjP I ^勺換流站，并在遠程回路模式下操作系統(tǒng)，如圖4b所示；
[0070]2)閉合民和I 2的開關4和6，以便形成本地回路電路；
[0071]3)打開RjPI1的開關4和6，以便切斷遠程回路電路中的電流；
[0072]4)打開民和I 2的開關12。
[0073]然后，札和R2(以及IjP I 2)之間的輸電線路與所保留的系統(tǒng)被隔離，如圖4c所不O
[0074]因而，將解鎖整流器RjP逆變器I ^乍為示例，將本地回路轉變至遠程回路的簡要順序包括:
[0075]I)閉合 R1^P I 丨的開關 4、5、6 ；
[0076]2)閉合民和I 2的開關12以便形成遠程回路電路；
[0077]3)打開民和I 2的開關4和6，以便將本地回路中的接地電流改變路線至遠程回路；
[0078]4)解鎖 RjPI^
[0079]對于本領域技術人員顯而易見的是知曉具有這種通用型換流站的MTDC系統(tǒng)在轉變連接模式、轉變模式和/或回路模式期間并非必須停止。
[0080]盡管基于一些優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，本領域技術人員應認識到，這些實施例絕非意在限制本發(fā)明的范圍。在不脫離本發(fā)明的精神和概念的情況下，對這些實施例的任何變型和修改應在具有普通技術知識人員的理解范圍內，因此落入由所附權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內。
【權利要求】
1.一種雙極性通用型換流站，其特征在于，所述通用型換流站能夠被配置成為整流器或逆變器，可被平滑地連接到DC系統(tǒng)或與DC系統(tǒng)斷開連接，和/或并聯(lián)或串聯(lián)連接到MTDC系統(tǒng)；和/或所述雙極性通用型換流站的電流方向和/或電壓方向能夠靈活地改變；和/或接地電流回路模式能夠在金屬回路模式與大地回路模式之間轉變。
2.根據權利要求1所述的雙極性通用型換流站，其特征在于，所述雙極性通用型換流站包括:用于每個極的至少一個AC/DC換流器。
3.根據權利要求2所述的雙極性通用型換流站，其特征在于，所述雙極性通用型換流站進一步包括:用于每個極的第一開關裝置(11、12)，被配置成實現所述雙極性通用型換流站與DC系統(tǒng)的并聯(lián)或串聯(lián)連接。
4.根據權利要求2或3所述的雙極性通用型換流站，其特征在于，所述雙極性通用型換流站進一步包括:用于每個AC/DC換流器的第二開關裝置(23、24)，被配置成與換流器隔離開關(21、22)協(xié)作改變所述雙極性通用型換流站的電流和/或電壓方向。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的雙極性通用型換流站，其特征在于，所述雙極性通用型換流站進一步包括:用于每個極的金屬回路線路(51)，被配置成實現大地回路與金屬回路之間的轉變以及本地回路與遠程回路之間的轉變。
6.根據權利要求3所述的雙極性通用型換流站，其中，所述第一開關裝置包括兩個開關，所述兩個開關中的一個(12)被配置成實現AC/DC換流器與DC系統(tǒng)的串聯(lián)連接，另一個(11)被配置成實現AC/DC換流器與DC系統(tǒng)的并聯(lián)連接。
7.根據權利要求4所述的雙極性通用型換流站，其中，所述第二開關裝置包括兩個開關，其中所述兩個開關(23、24)的閉合和兩個換流器隔離開關(21、22)的打開被配置成形成第一功率流徑，或者兩個所述開關的打開和兩個換流器隔離開關的閉合被配置成形成第二功率流徑。
8.根據權利要求5所述的雙極性通用型換流站，所述金屬回路路線的一個端子被連接到極線(92)，所述金屬回路路線的另一個端子被連接到NBS上位于換流器一側的端子。
9.根據權利要求1所述的雙極性通用型換流站，其特征在于，所述連接模式為串聯(lián)或并聯(lián)連接，所述接地電流回路模式為金屬回路或大地回路。
10.一種用于改變根據上述任意權利要求的所述雙極性通用型換流站的連接模式的方法，包括: 在所述雙極性通用型換流站的極線與中性母線之間的每個極中提供第一開關裝置； 閉鎖每個極中的換流器； 將所述第一開關裝置中的兩個開關在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換；以及 解鎖每個極中的換流器。
11.一種用于改變根據權利要求1-9中任一項的所述雙極性通用型換流站的電流和/或電壓方向的方法，包括: 在每個極中提供第二開關裝置； 解鎖并隔離每個極中的換流器； 將所述第二開關裝置中的兩個開關和換流器隔離開關在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換，以形成不同的功率流徑；以及 解鎖每個極中的換流器。
12.一種用于在根據權利要求1-9中任一項的所述雙極性通用型換流站的接地電流大地回路與金屬回路之間轉變的方法，包括: 為了從大地回路轉變至金屬回路，啟用具有故障的極中的金屬回路路線，閉合具有故障的極中的NBS以形成金屬回路路徑，并打開MRTB以切斷大地回路路徑；以及 為了從金屬回路轉變至大地回路，閉合MRTB以形成大地回路路徑，打開從故障恢復的極中的NBS以切斷金屬回路路徑并禁用金屬回路路線。
13.—種MTDC系統(tǒng)，其特征在于，包括根據權利要求1-9的至少一個雙極性通用型換流站的所述MTDC系統(tǒng)能夠以不同的系統(tǒng)回路模式進行操作，并且在不使整個系統(tǒng)停運的情況下能夠實現模式之間的轉變。
14.根據權利要求13所述的MTDC系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)回路模式為系統(tǒng)級的本地回路模式或遠程回路模式。
15.根據權利要求13所述的MTDC系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)在轉換連接模式、換流器模式和/或電流回路模式期間不必停運或重啟。
16.一種用于在由根據權利要求13-15中任一項的所述MTDC系統(tǒng)形成的MTDC系統(tǒng)的本地回路模式與遠程回路模式之間轉變的方法，包括: 閉鎖遠程站的每個極中的換流器； 啟用遠程站的每個極中的金屬回路線路，以形成遠程回路路徑； 連接本地站的中性母線，以形成本地回路路徑； 打開遠程站的NBS，以實現從MTDC系統(tǒng)的遠程回路至本地回路的轉換；以及 打開本地站的NBS，以實現從MTDC系統(tǒng)的本地回路至遠程回路的轉換。
【文檔編號】H02J3/36GK104508933SQ201380038417
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年3月19日 優(yōu)先權日:2013年3月19日
【發(fā)明者】姚大偉, 楊曉波, 苑春明 申請人:Abb技術有限公司