一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，包括換流站、直流母線、直流輸電線路、直流斷路器、線路直流電抗器和換流站直流電抗器；在各直流輸電線路的兩端配置線路直流電抗器；在換流站與直流母線之間配置換流站直流電抗器；根據(jù)保護需求，所述換流站直流電抗器可選擇性配置。本發(fā)明的技術(shù)方案通過在換流站直流出口和直流線路兩端配置電抗器，可在降低直流電網(wǎng)故障電流上升率的同時，提升直流線路故障快速檢測與定位的可靠性。
【專利說明】
一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體涉及一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]直流電網(wǎng)是由大量直流端以直流形式互聯(lián)組成的能量傳輸系統(tǒng)，國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)組織對于直流電網(wǎng)的定義是:由多個網(wǎng)狀和輻射狀聯(lián)接的變換器組成的直流網(wǎng)絡(luò)。直流電網(wǎng)中直流線路間可自由連接，互為冗余，并可實現(xiàn)多電源供電、多落點受電，為多種形式的大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的廣域互聯(lián)和送出消納提供高效傳輸平臺，實現(xiàn)了廣域大范圍內(nèi)能源資源的互補優(yōu)化配置、高比例可再生能源電力的可靠接入以及現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的提升，是解決電網(wǎng)薄弱導(dǎo)致的大規(guī)?？稍偕茉磪R集與送出困難問題的有效技術(shù)手段，具有廣泛應(yīng)用前景。
[0003]直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)的顯著區(qū)別在于其“低阻尼”特性。這種“低阻尼”特性在便于直流電網(wǎng)功率靈活控制與快速轉(zhuǎn)移的同時也帶來了一定的問題。主要表現(xiàn)在:I)若直流電網(wǎng)用于風(fēng)電、光伏等可再生能源并網(wǎng)，可再生發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率的突變或者一端換流站的緊急閉鎖，會導(dǎo)致直流電網(wǎng)各線路及端點功率出現(xiàn)大幅功率波動，進而影響到各送端換流站與交流電網(wǎng)功率的穩(wěn)定交換。2)—旦直流電網(wǎng)發(fā)生故障(如雙極短路故障)，故障的影響會在幾十個毫秒內(nèi)擴散到整個直流系統(tǒng)；同時，快速上升的過電流或過電壓會造成換流閥、直流斷路器等設(shè)備出現(xiàn)瞬時過應(yīng)力，影響設(shè)備正常運行甚至危機設(shè)備安全。3)為了保證系統(tǒng)的持續(xù)運行，需要在數(shù)個毫秒內(nèi)實現(xiàn)故障快速定位、隔離及保護動作，以防止系統(tǒng)崩潰;對于100公里的線路故障，行波保護可在I?2ms內(nèi)實現(xiàn)故障保護的快速出口，但直流電網(wǎng)線路的增加以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化使得行波檢測與故障定位的難度大大增加。
[0004]針對降低換流站功率波動帶來的問題，國內(nèi)外學(xué)者大多從控制的角度來予以解決。如通過采用下垂控制或下垂-裕度控制方法，及時調(diào)整各換流站功率輸出指令來降低和分散功率突變對其他換流站的影響，但由于控制器系統(tǒng)存在一定的響應(yīng)時間，且受制于換流站輸送容量限制，對功率波動的快速抑制效果有限。
[0005]針對直流電網(wǎng)短路故障及其快速保護的問題，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種保護方案，如Open Grid、分區(qū)保護等策略;此外，還提出了采用具備故障電流閉鎖能力的AC-DC、DC-DC變換器來阻斷故障電流在交直流系統(tǒng)、不同直流系統(tǒng)之間的故障電流傳遞。但上述保護措施僅適用于小規(guī)模直流電網(wǎng)，其保護理念并不符合直流電網(wǎng)的發(fā)展方向。直流電網(wǎng)線路的保護仍然需要依賴于快速的故障檢測與定位，及時觸發(fā)直流斷路器，快速實現(xiàn)故障隔離與系統(tǒng)恢復(fù)，這就對保護的快速性、可靠性提出了較高的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，可在降低直流電網(wǎng)故障電流上升率的同時，提升故障的快速檢測與定位的可靠性，為保護的精確動作與系統(tǒng)的快速恢復(fù)贏取寶貴時間。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，包括換流站、直流母線、直流輸電線路、直流斷路器、線路直流電抗器和換流站直流電抗器;在各直流輸電線路的兩端設(shè)置線路直流電抗器；
[0008]所述直流電抗器分散于直流電網(wǎng)中，在換流站與直流母線之間設(shè)置換流站直流電抗器;根據(jù)保護需求，選擇性地將所述換流站直流電抗器配置在所述換流站直流出口處。
[0009]所述線路電抗器位于直流線路兩端的直流斷路器的母線側(cè)或直流斷路器的線路側(cè)。
[0010]所述線路直流電抗器和線路直流斷路器可為獨立設(shè)備，也可或集成設(shè)置在線路直流斷路器內(nèi)。
[0011 ] 所述線路直流電抗器可與由電阻、電感、電容組成的調(diào)諧元件構(gòu)成阻波器，進一步阻斷直流線路故障時行波在相鄰線路之間的折返射。
[0012]所述直流電網(wǎng)系統(tǒng)同樣適用于四端及以上直流電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0013]所述直流電網(wǎng)系統(tǒng)的直流電壓等級包括±1601^、±2001^、±3201^、±5001^、±660kV 和 ±800kV 等。
[0014]和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果:
[0015]本發(fā)明的可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，通過在換流站直流出口和直流線路兩端配置電抗器，可在降低直流電網(wǎng)故障電流上升率的同時，提升故障的快速檢測與定位的可靠性同時，可以濾除正常工作狀態(tài)下?lián)Q流器所產(chǎn)生的諧波分量，改善了直流電流和直流功率的電能質(zhì)量;增大換流站之間的阻尼，降低功率波動對其他換流站功率傳輸?shù)挠绊?且降低直流線路故障時換流站儲能單元的放電與交流系統(tǒng)短路電流饋入速率，減小了換流閥、直流斷路器的暫態(tài)過應(yīng)力，為故障檢測與定位贏取了寶貴時間；其中，線路電抗器自身(或者通過加裝并聯(lián)的由電阻、電感、電容組成的調(diào)諧元件)可以阻斷直流線路故障時行波在相鄰線路之間的折返射，提升了故障檢測與定位的快速性和精確性;還可擴展至更大規(guī)模的直流電網(wǎng)，不會因直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和換流器拓撲的改變而降低其適用性；本方法可用于±1601^、±2001^、±3201^、±5001^、±6601^、±8001^等多種直流電壓等級的直流電網(wǎng)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的實施例的直流電網(wǎng)直流電抗器配置示意圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明可通過在直流電網(wǎng)中配置適當(dāng)大小的直流電抗器，在不影響直流電網(wǎng)運行特性的同時，適度提高直流電網(wǎng)的系統(tǒng)阻尼。一方面，電抗器的存在增加了直流功率傳遞的響應(yīng)時間常數(shù)，降低了控制系統(tǒng)對響應(yīng)速度的要求；另一方面，故障電流的上升率得到抑制，換流器等核心設(shè)備的暫態(tài)過應(yīng)力得到緩解。同時，電抗器本身(或者通過加裝并聯(lián)的由電阻、電感、電容組成的調(diào)諧元件)能夠?qū)崿F(xiàn)阻波功能，可實現(xiàn)對故障行波的隔離，便于快速故障檢測與定位的實現(xiàn)。
[0018]下面結(jié)合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0019]實施例1:
[0020]本發(fā)明提供了一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1所示，所述直流電網(wǎng)系統(tǒng)包括換流站#1、#2和#3，與換流站對應(yīng)的直流母線B1、B2和B3，直流輸電線路1'12、113和了23，直流斷路器081、082、083、0812、0821丄813、0831丄823和0832，換流站直流電抗器11、1^和1^，線路直流電抗器1^2、1^1丄13、1^1、1^2和1^3，以及若干臺隔離開關(guān);所述直流輸電線路L12分別與直流母線BI和B2連接;所述直流輸電線路L12分別與直流母線BI和B2連接;所述直流輸電線路L13分別與直流母線BI和B3連接;所述直流輸電線路L23分別與直流母線B2和B3連接。
[0021]在每條直流線路的兩端配置直流電抗器(L12、L21、L13、L31、L32和L23);根據(jù)保護需求，選擇性地在換流站直流出口配置直流電抗器(LhLdPL3)。
[0022]線路直流電抗器⑴:?、!^、!^、!^、!^和L23)與線路直流斷路器(CB12、CB21、CB13、CB31、CB23和CB32)既可以彼此為獨立設(shè)備，也可集成在直流斷路器(CB12、CB21、CBi3、CB31、CB23和CB32)內(nèi)部，電抗器既可布置在斷路器的線路側(cè)，也可布置在斷路器的母線。所述直流電網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)有的直流電抗器的配置方案，可以濾除換流器所產(chǎn)生的諧波分量，改善換流站正常運行時直流電流的直流功率的電能質(zhì)量;增大換流站之間的系統(tǒng)阻尼，降低功率波動的影響范圍；減小直流線路故障時換流站儲能單元的放電與交流系統(tǒng)短路電流饋入速率;阻斷直流線路故障時行波在相鄰線路之間的折返射。
[0023]特別說明的是如果沒有換流站直流電抗器(LhLdPL3)或線路直流電抗器(L12、L21、Ll3、L31、L32和L23 )，若不米取其他增加系統(tǒng)阻尼的方案，一旦一端換流站出現(xiàn)功率波動(如突然閉鎖)，將引起直流系統(tǒng)內(nèi)部的功率波動，影響其他換流站正常的功率輸送;如果有換流站直流電抗器(LhLdPL3)或線路直流電抗器(L12、L21、L13、L31、L32和L23),—端換流站功率波動引起的直流電流不會突變，結(jié)合其他功率平衡控制策略即可實現(xiàn)其他換流站的功率穩(wěn)定控制。
[0024]特別說明的是如果沒有換流站直流電抗器(L^LdPL3)或線路直流電抗器(L12、L21、Li3、L31、L32和L23)，若出現(xiàn)直流雙極短路故障，換流站電容器將對故障點直接放電，交流電源將向故障點饋入短路電流，換流器內(nèi)部開關(guān)器件損壞概率勢必增大;如果有換流站直流電抗器(L1、L2和L3)或線路直流電抗器(L12、L21、Li3、L31、L32和L23)，換流站直流母線出現(xiàn)雙極短路故障期間電流上升率得到抑制、過流應(yīng)力大小顯著減小。
[0025]特別說明的是如果沒有線路直流電抗器(L12、L21、L13、L31、L32和L23),—旦直流線路出現(xiàn)故障，故障所產(chǎn)生的行波將通過直流母線折射至相鄰線路，采用行波保護方法將很難在數(shù)個毫秒之類實現(xiàn)故障的快速檢測與準確定位;如果有線路直流電抗器(L12、L21、L13、L31、L32和L23)(或者通過加裝并聯(lián)的由電阻、電感、電容組成的調(diào)諧元件)，其各故障線路行波將在線路直流電抗器處全反射，此時的波過程與點對點輸電系統(tǒng)基本無異，采用現(xiàn)有的行波保護方法即可實現(xiàn)故障的快速檢測與準確定位。
[0026]本發(fā)明的電網(wǎng)系統(tǒng)為四端及以上的直流電網(wǎng)，或采用其他換流器技術(shù)的直流電網(wǎng)；其為± 160kV、±200kV、±320kV、±500kV、±660kV、±800kV等多種直流電壓等級的直流電網(wǎng)。
[0027]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實施例應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，包括換流站、直流母線、直流輸電線路、直流斷路器、線路直流電抗器和換流站直流電抗器;其特征在于:在各直流輸電線路的兩端配置線路直流電抗器； 在換流站與直流母線之間配置換流站直流電抗器;根據(jù)保護需求，選擇性地將所述換流站直流電抗器配置在所述換流站直流出口處。2.如權(quán)利要求1所述的一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:在換流站與直流母線之間配置換流站直流電抗器;根據(jù)保護需求，在各直流線路的兩端配置線路直流電抗器。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述線路直流電抗器和線路直流斷路器為獨立設(shè)備或集成在線路直流斷路器內(nèi)。4.如權(quán)利要求1或2所述的一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述線路直流電抗器位于直流斷路器的母線側(cè)或位于直流斷路器的線路側(cè)。5.如權(quán)利要求1所述的一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述線路直流電抗器與由電阻、電感、電容組成的調(diào)諧元件構(gòu)成阻波器，阻斷直流線路故障時行波在相鄰線路之間的折返射。6.如權(quán)利要求1所述的一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述直流電網(wǎng)系統(tǒng)同樣適用于四端以上直流電網(wǎng)系統(tǒng)。7.如權(quán)利要求1所述的一種可提高線路快速保護可靠性的高阻尼直流電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述直流電網(wǎng)系統(tǒng)的直流電壓等級包括± 160kV、±200kV、±320kV、±500kV、土660kV 和 ±800kV。
【文檔編號】H02J1/02GK105896500SQ201610308089
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】邱宇峰, 董新洲, 賀之淵, 孔明, 吳亞楠, 龐輝, 楊杰
【申請人】全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院, 清華大學(xué), 國網(wǎng)安徽省電力公司, 國家電網(wǎng)公司