一種將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法借助柔性直流輸電系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)特性，利用隔離開關(guān)可以開、合較小負(fù)荷電流或電容電流的特點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)降低柔直系統(tǒng)直流電壓后，順序閉合正負(fù)極直流隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的功能。本發(fā)明利用柔性直流輸電系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和隔離開關(guān)的簡(jiǎn)單順序操作，解決了在直流斷路器尚不能推廣應(yīng)用的前提下帶電接入多端柔性直流輸電的問(wèn)題，并具有技術(shù)成熟、操作可靠、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的特點(diǎn)，可應(yīng)用于多端柔性直流輸電實(shí)際工程中。
【專利說(shuō)明】一種將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在中國(guó)，多端柔性直流輸電系統(tǒng)單站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，直流側(cè)包含相互串聯(lián)的隔離開關(guān)QS與直流母線相連，交流側(cè)包括相互串聯(lián)的交流進(jìn)線開關(guān)Q1，換流變壓器等，其中換流變壓器采用Λ/Yn型接法，即換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組采用三角形聯(lián)接，閥側(cè)繞組采用星形聯(lián)接，閥側(cè)繞組的中性點(diǎn)經(jīng)一個(gè)大電阻R接地。采用Λ/Υη型接法這種接地方式主要目的是使柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路對(duì)地呈現(xiàn)出對(duì)稱的正、負(fù)極性，從而可以降低直流線路的絕緣水平，而接地電阻R很大是為了保證交流電網(wǎng)故障時(shí)傳遞到換流器側(cè)的零序電流很小。
[0003]換流器是一種模塊化的多電平換流器(以下簡(jiǎn)稱MMC)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括6個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂串聯(lián)N個(gè)子模塊(以下簡(jiǎn)稱SM)，每個(gè)子模塊包含一個(gè)由IGBT組成的半橋，并且每個(gè)IGBT管反并聯(lián)一個(gè)二極管，CO代表子模塊的直流側(cè)電容器。當(dāng)IGBT管處于關(guān)斷狀態(tài)下，即換流器閉鎖，則直流側(cè)電容器只能充電。
[0004]把電力元件帶電并入運(yùn)行的系統(tǒng)中一般是通過(guò)斷路器進(jìn)行操作，在交流系統(tǒng)中，電流每周波有兩次自然過(guò)零點(diǎn)，交流斷路器就是充分利用此時(shí)機(jī)熄滅電弧，完成介質(zhì)恢復(fù)。但直流系統(tǒng)不存在自然過(guò)零點(diǎn)，因此，直流斷路器的開發(fā)比較困難，目前直流斷路器尚未推廣到工程應(yīng)用中。隔離開關(guān)一般用于隔離電路中的有電和無(wú)電部分，由于其無(wú)滅弧能力，在帶電閉合時(shí)，若產(chǎn)生的浪涌電流超過(guò)開關(guān)可承載的額定電流，則會(huì)對(duì)刀閘及與其相連的換流閥造成過(guò)流沖擊。所以，在直流斷路器技術(shù)尚未成熟的前提下，一般采用將整個(gè)柔輸系統(tǒng)停運(yùn)，不帶電地通過(guò)隔離開關(guān)將換流站接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)，再重新起運(yùn)的方法實(shí)現(xiàn)第三站并入。此方法有如下缺點(diǎn):增加了多端柔性直流輸電系統(tǒng)的停運(yùn)概率；如果運(yùn)行系統(tǒng)與重要負(fù)荷相連，則為了并入換流站停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)造成重大損失；如果運(yùn)行系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)(新能源)相連，則為了并入換流站停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)導(dǎo)致新能源的退出并重新投入，減小了能源利用率；如果兩個(gè)非同步電網(wǎng)通過(guò)多端柔性直流輸電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，則為了并入換流站停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)非同步電網(wǎng)內(nèi)部功率不平衡，電網(wǎng)安穩(wěn)控制保護(hù)動(dòng)作，失去部分電源或者負(fù)荷，甚至導(dǎo)致連鎖故障，造成同步電網(wǎng)癱瘓；如果地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線由交流和多端柔性直流輸電系統(tǒng)組成，則為了并入換流站停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)可能導(dǎo)致交流線路過(guò)載，甚至線路潮流超過(guò)其暫穩(wěn)極限，造成電網(wǎng)安穩(wěn)控制保護(hù)動(dòng)作；并入所需較長(zhǎng)，而且操作繁瑣，沒(méi)有充分發(fā)揮柔輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，通過(guò)降低系統(tǒng)直流運(yùn)行電壓和隔離開關(guān)的順序操作，在不停運(yùn)整個(gè)多端柔性直流輸電系統(tǒng)的前提下，實(shí)現(xiàn)多端柔性直流輸電系統(tǒng)單個(gè)換流站的接入。
[0006]本發(fā)明提出的將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，包括以下步驟:
[0007](I)使多端柔性直流輸電系統(tǒng)中待并網(wǎng)的換流站閉鎖；
[0008](2)使待并網(wǎng)換流站中的換流變壓器與交流系統(tǒng)之間的交流斷路器閉合，交流系統(tǒng)對(duì)換流站進(jìn)行不控整流充電，充電完成后的穩(wěn)態(tài)下，換流站的每個(gè)橋臂電容電壓之和與
交流系統(tǒng)的線電壓峰值相等，即Kf7w(O) = ^(O) = ν--/;_;，其中Vcm(O)、Vcp(O)分別為換流
站的每個(gè)橋臂的上、下橋臂電容電壓值之和，AV1為換流站的閥側(cè)交流線電壓的峰值；
[0009](3)使穩(wěn)定運(yùn)行中的柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓下降到換流站閥側(cè)相電壓的峰值以下，并按照電壓下降比例，降低換流站的交換功率，使
Vdc < ^Vp = = 0.816SIVP其中V C為柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓，Vp為換流
站閥側(cè)交流系統(tǒng)的相電壓，AV1為換流站的閥側(cè)交流線電壓的峰值；
[0010](4)使待并網(wǎng)換流站中的負(fù)極直流隔離開關(guān)閉合，以A相為例，交流系統(tǒng)的交流電壓源Va和柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓源Vd?！?lián)合通過(guò)接地電阻R，二極管Dl對(duì)A相下橋臂電容進(jìn)行充電；
[0011](5)負(fù)極直流隔離開關(guān)閉合的設(shè)定時(shí)間段后，使待并網(wǎng)換流站中的正極直流隔離開關(guān)閉合，以A相上橋臂為例，交流系統(tǒng)的交流電壓源Va和柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓源+Vd'。通過(guò)接地電阻R對(duì)A相上橋臂電容Cl充電，記充電電流為I1 ；
[0012](6)正極直流隔離開關(guān)閉合的設(shè)定時(shí)間段后，使多端柔性直流輸電系統(tǒng)中待并網(wǎng)的換流站解鎖，并恢復(fù)柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓，根據(jù)換流站的功率指令，完成交流系統(tǒng)與柔性直流輸電系統(tǒng)之間的功率交換，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
[0013]本發(fā)明提出的將換流器帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，其優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]本發(fā)明方法兼顧了電力系統(tǒng)對(duì)多端柔性直流輸電系統(tǒng)的接入要求,借助柔性直流輸電系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)特性，利用隔離開關(guān)有一定的自然滅弧能力，故而可以開、合較小負(fù)荷電流或電容電流的特點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)降低柔直系統(tǒng)直流電壓后，順序閉合正負(fù)極直流隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的功能。本發(fā)明方法技術(shù)成熟、操作可靠、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異，不需要增加換流站任何設(shè)備，可應(yīng)用于多端柔性直流輸電實(shí)際工程中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為換流站的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為圖1所示的換流站中多電平換流器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明方法涉及的一個(gè)多端柔性直流輸電系統(tǒng)的示意圖，以四端柔性直流輸電系統(tǒng)為例。
[0018]圖4為本發(fā)明方法中，閉合負(fù)極隔離開關(guān)的充電示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明方法中，閉合正極隔離開關(guān)后的充電示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明方法涉及的多端柔性直流輸電系統(tǒng)，包括有四個(gè)換流站，如圖3所示，其中的三個(gè)換流站1、2和4組成正在穩(wěn)定運(yùn)行的三端柔性直流輸電系統(tǒng)，其中的一個(gè)換流站3需要接入系統(tǒng)。
[0021]本發(fā)明提出的將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，包括以下步驟:
[0022](I)使多端柔性直流輸電系統(tǒng)中待并網(wǎng)的換流站閉鎖；此時(shí)，換流站3只能充電不能放電；
[0023](2)使待并網(wǎng)換流站中的換流變壓器與交流系統(tǒng)之間的交流斷路器閉合，交流系統(tǒng)對(duì)換流站進(jìn)行不控整流充電，充電完成后的穩(wěn)態(tài)下，換流站的每個(gè)橋臂電容電壓之和與交流系統(tǒng)的線電壓峰值相等，即4λ/(0) = Κα>(0) = VIlV;，其中Vcm(O)、Vcp(O)分別為換流
站的每個(gè)橋臂的上、下橋臂電容電壓值之和，AV1為換流站的閥側(cè)交流線電壓的峰值；
[0024](3)使穩(wěn)定運(yùn)行中的柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓下降到換流站閥側(cè)相電壓的峰值以下，并按照電壓下降比例，降低換流站的交換功率，同時(shí)保證不觸發(fā)暫態(tài)調(diào)壓使能裝
置，使Vde < V2i/P = ^vl-1 = Omesv^l,其中V/ c為柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓，Vp為
換流站閥側(cè)交流系統(tǒng)的相電壓，AV1為換流站的閥側(cè)交流線電壓的峰值；
[0025](4)使待并網(wǎng)換流站中的負(fù)極直流隔離開關(guān)閉合，其充電回路如圖4，以A相為例進(jìn)行分析，如圖中虛線所示 ，交流系統(tǒng)的交流電壓源Va和柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓源Vd/聯(lián)合通過(guò)接地電阻R，二極管Dl對(duì)A相下橋臂電容進(jìn)行充電；由于接地電阻R比較大，所以充電電流很小，不會(huì)對(duì)刀閘和換流閥造成過(guò)流沖擊。
[0026](5)負(fù)極直流隔離開關(guān)閉合的設(shè)定時(shí)間段后，使待并網(wǎng)換流站中的正極直流隔離開關(guān)閉合，其充電電路如圖5所示，以A相上橋臂為例，如圖5中的虛線所示，交流系統(tǒng)的交流電壓源\和柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓源+Vd'。通過(guò)接地電阻R對(duì)A相上橋臂電容Cl充電，記充電電流為I1 ;在一般情況下，還存在第二個(gè)充電電流通道，如圖5中的點(diǎn)劃線所示，交流系統(tǒng)的交流電壓源VA、Vb和柔性直流輸電系統(tǒng)的正、負(fù)極直流電壓源土Vd'。對(duì)A相上橋臂電容Cl和B相下橋臂C2充電，充電電流記為i2 ;由于i2通道的等效電阻Re,相比較^通道的等效電阻R要小得多，所以i2—旦產(chǎn)生，要比I1大很多，但正因?yàn)镽e,比較小，所以衰減速度很快，所以考慮i2時(shí)暫不考慮I1產(chǎn)生的影響。而i2存在的必要條件之一
是Vcp + Vcn < 2Vde + VIvw，通過(guò)上述步驟(3)降低系統(tǒng)直流運(yùn)行電壓，在延時(shí)一段時(shí)間
閉合正極直流隔離開關(guān)后，i2幾乎不存在，所以此步驟不會(huì)對(duì)刀閘和換流閥造成過(guò)流沖擊。
[0027](6)正極直流隔離開關(guān)閉合的設(shè)定時(shí)間段后，使多端柔性直流輸電系統(tǒng)中待并網(wǎng)的換流站解鎖，并恢復(fù)柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓，根據(jù)換流站的功率指令，完成交流系統(tǒng)與柔性直流輸電系統(tǒng)之間的功率交換，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
[0028]本發(fā)明方法中，需要帶電接入多個(gè)換流站時(shí)，待整個(gè)柔輸系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，其接入順序不分先后。其中正負(fù)極隔離開關(guān)閉合順序可以調(diào)換。
[0029]本發(fā)明兼顧電力系統(tǒng)對(duì)多端柔性直流輸電系統(tǒng)的接入要求,借助柔性直流輸電系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)特性，利用隔離開關(guān)可以開、合較小負(fù)荷電流或電容電流的特點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)降低柔直系統(tǒng)直流電壓后，順序閉合正負(fù)極直流隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的功能。
[0030]本發(fā)明利用柔性直流輸電系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和隔離開關(guān)的簡(jiǎn)單順序操作，解決了在直流斷路器尚不能推廣應(yīng)用的前提下帶電接入多端柔性直流輸電的問(wèn)題，該應(yīng)用具有技術(shù)成熟、操作可靠、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的特點(diǎn)，可應(yīng)用于多端柔性直流輸電實(shí)際工程中。
【權(quán)利要求】
1.一種將換流站帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)使多端柔性直流輸電系統(tǒng)中待并網(wǎng)的換流站閉鎖； (2)使待并網(wǎng)換流站中的換流變壓器與交流系統(tǒng)之間的交流斷路器閉合，交流系統(tǒng)對(duì)換流站進(jìn)行不控整流充電，充電完成后的穩(wěn)態(tài)下，換流站的每個(gè)橋臂電容電壓之和與交流系統(tǒng)的線電壓峰值相等，即Vcn(O) 二 ^(O)=拓U,其中Vcn(O)、Vcp(O)分別為換流站的每個(gè)橋臂的上、下橋臂電容電壓值之和，AV1為換流站的閥側(cè)交流線電壓的峰值； (3)使穩(wěn)定運(yùn)行中的柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓下降到換流站閥側(cè)相電壓的峰值以下，并按照電壓下降比例，降低換流站的交換功率，使4 < V2Fp = = 0.8165?+其中V。為柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓，Vp為換流站閥側(cè)交流系統(tǒng)的相電壓，V1^1為換流站的閥側(cè)交流線電壓的峰值； (4)使待并網(wǎng)換流站中的負(fù)極直流隔離開關(guān)閉合，以A相為例，交流系統(tǒng)的交流電壓源Va和柔性直流輸電系 統(tǒng)的直流電壓源Vd?！?lián)合通過(guò)接地電阻R，二極管Dl對(duì)A相下橋臂電容進(jìn)行充電； (5)負(fù)極直流隔離開關(guān)閉合的設(shè)定時(shí)間段后，使待并網(wǎng)換流站中的正極直流隔離開關(guān)閉合，以A相上橋臂為例，交流系統(tǒng)的交流電壓源Va和柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓源+V/。通過(guò)接地電阻R對(duì)A相上橋臂電容Cl充電，記充電電流為I1 ； (6)正極直流隔離開關(guān)閉合的設(shè)定時(shí)間段后，使多端柔性直流輸電系統(tǒng)中待并網(wǎng)的換流站解鎖，并恢復(fù)柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓，根據(jù)換流站的功率指令，完成交流系統(tǒng)與柔性直流輸電系統(tǒng)之間的功率交換，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK103986176SQ201410128324
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】陳名, 袁志昌, 黎小林, 王一振, 趙曉斌, 付姣, 李巖, 黃瑩, 許樹楷 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 張家港智能電力研究院有限公司, 清華大學(xué)