CN101573850B - 分接来自高压直流输电系统的电力 - Google Patents

分接来自高压直流输电系统的电力 Download PDF

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Abstract

一种用于分接来自HVDC电力传输系统的电能的设备，HVDC电力传输系统包括具有第一桥和第二桥的第一换流站以及具有第一桥和第二桥的第二换流站，其中第一和第二换流站通过第一输电线和第二输电线相互连接。该设备连接在第一输电线与第二输电线之间或者第一输电线与地之间，且该设备包含：中间交流网络，其包含至少一个电压源换流器；以及切换装备，用于取决于HVDC电力传输系统的传输方向来断开中间交流网络。

Description

分接来自高压直流输电系统的电力
技术领域
本发明涉及电力的传送。特别地，电力的传送包括高压直流(HVDC)线路。具体地，本发明涉及分接来自HVDC输电线的电力。
背景技术
对于从远距离的发电厂向用电设备传输大电力而言，HVDC是非常有成本效率的。一个缺点是难以沿着线路连接负载。在交流输电系统的情况下，通过使用变压器可以带来这样的沿着线路连接负载。对于HVDC输电系统而言，这样的沿着线路连接需要换流站，该换流站具有与接收站相同的容量。这种容量需要还适用于小的电力分接。进而，分接处的交流网的扰动至少临时地可能使主HVDC传输中断。这在某些情况下导致HVDC传输选择方案被排除。
从US 5,187,651
Figure GSB00000930959200011
中，以前已知一种用于将电力从HVDC线路释放到本地网的系统。该系统包括与HVDC线路串联连接的第一换流器。该第一换流器和第二换流器构成包含第一变压器的交流网络。该第二换流器和第三换流器构成用于经由第二变压器馈送本地交流网络的交流网络。
从WO 9515605(Asplund)中，以前已知一种用于分接来自HVDC输电线的电力的装置。该已知系统包括与HVDC输电线串联连接的第一换流器。该第一换流器和位于地电位的第二换流器构成高频交流网络，该高频交流网络包含第一和第二变压器以及用于分压的电容器装置。该第二换流器和第三换流器构成用于向本地网提供交流电流的直流网络。
发明内容
本发明的主要目的是要寻找方法来改善来自HVDC输电系统的电力的分接。
根据本发明的这个目的是通过根据本发明的一个实施例的控制设备或根据本发明的一个实施例的方法实现的。还描述了本发明的优选实施例。
电流源换流器(CSC)和电压源换流器(VSC)彼此不同之处在于，CSC的直流侧的极性随着传输方向而变化，而VSC的直流侧的极性则不管传输方向而相同。HVDC输电线常常仅在一个传输方向上操作。这意味着输电线的极性总是相同。然而，如果传输方向应当变化并且HVDC输电线包括电流源换流器CSC，则输电线的极性也会变化。这种极性变化也会影响直流线路上的任何分接装备的操作。
根据本发明，分接装备包括：交流网络，其包含连接到输电线的VSC；以及切换装备，用于在直流输电线上发生极性变化的情况下断开交流网络。使用VSC是非常有吸引力的，因为它提供了对无功负载的完全控制，并且可以改变传输的方向。在本发明的一个实施例中，切换装备包括机械操作的开关。在另一个实施例中，切换装备包括半导体。在更进一步的实施例中，切换装备包括二极管装备。可以优选地使用这些装备，其中在直流网络之上存在电力传输的主要方向。
在本发明的还有另一个实施例中，切换装备还包括用于将交流网络重新连接到具有变化极性的直流输电线的开关。通过这些装备，交流网络可以几乎连续地连接，而不管HVDC输电线上的电力传送方向。在本发明的进一步的实施例中，交流网络包括连接在第一和第二HVDC输电线之间的第一和第二换流器。在这个实施例中，中点连接到地。在还有另一个实施例中，分接装备包括本地交流网络的每相一个VSC，该本地交流网络要被提供以来自直流输电线的电力。
在本发明的第一方面中，该目的通过一种用于分接来自HVDC电力传输系统的电能的设备来实现，该HVDC电力传输系统包括具有第一桥和第二桥的第一换流站以及具有第一桥和第二桥的第二换流站，其中第一和第二换流站通过第一输电线和第二输电线相互连接，其中，该设备连接在第一输电线与第二输电线之间或者第一输电线与地之间，且该设备包含：中间交流网络，其包含至少一个电压源换流器(VSC)；以及切换装备，用于取决于HVDC电力传输系统的传输方向来断开中间交流网络。在本发明的一个实施例中，交流网络包括多个VSC。在另一个实施例中，该设备包括多个中间交流网络，每个将电力馈送给本地交流网络中的一相。
在本发明的第二方面中，该目的通过一种用于通过连接包含电压源换流器的交流网络来分接来自HVDC电力传输系统的电能的方法来实现，其中该HVDC电力传输系统包括具有第一桥和第二桥的第一换流站以及具有第一桥和第二桥的第二换流站，其中第一和第二换流站通过第一输电线和第二输电线相互连接，其中该方法包括：在HVDC电力传输系统和交流网络之间提供切换装备；感测HVDC电力传输系统的传输方向；以及作为对变化的传输方向的响应，将交流网络与HVDC电力传输系统断开。
附图说明
结合附图，从以下详细描述中，本发明的其它特征和优点对于本领域技术人员而言将会变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的分接装备的主电路；
图2是包含一个VSC换流站的分接装备的另一个主电路；
图3是根据本发明的分接装备电路的实施例；以及
图4是根据本发明的分接装备的主布局。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的具有分接装备的HVDC电力传输系统。HVDC电力传输系统包括：第一换流站1，其具有第一桥1a和第二桥1b；以及第二换流站2，其具有第一桥2a和第二桥2b。第一和第二换流站通过第一输电线3和第二输电线4相互连接。在示出的实施例中，HVDC电力传输系统包括两个输电线和公共接地。然而本发明可以应用于HVDC电力传输系统的任何配置。
分接装备5可连接在第一和第二输电线之间。分接装备包括：第一VSC，其包含换流桥6a；以及第二VSC，其包含桥6b，其中两者具有公共接地点7。分接装备还包括：第一切换装备，其包含第一开关8a和第二开关8b；以及第二切换装备，其包含第三开关9b和第四开关9a。在操作模式下，分接装备可经由第一导体3a或第三导体3b连接到第一输电线，并且可经由第四导体4a或第二导体4b连接到第二输电线。为了控制切换装备和换流器，分接装备包括计算机装置，该计算机装置能够通过计算机程序来实现对分接装备的控制。分接装备还包括存储装置，用于存储计算机程序和控制参数。
在第一操作模式下，第一分支由第一导体3a、第一开关8a、第一和第二换流桥、第二开关8b以及第四导体4a形成。在第二操作模式下，第二路径由第三导体3b、第三开关9b、第一和第二换流桥、第四开关9a以及第二导体4b形成。
由于包括线路换向换流器的HVDC电力传输系统随着传输方向而改变极性，所以任何分接系统必须跟随极性的变化。包含电压源换流器的分接系统总是具有相同极性。如果电力方向在HVDC中改变，则VSC必须断开并且以相反的极性重新连接。大多数的大电力HVDC方案从不改变传输方向。电压源换流器VSC仍然具有一些有趣的性质，使得对于在HVDC传输中进行分接而言非常有吸引力。
在图2中示出了分接系统的较少资源需求选项。VSC仅连接到二极HVDC电力传输系统中的一个极。示出的实施例中的切换装备使得当电力方向变化时，VSC可重新连接到相反的极。在这种情况下，将会在分接和整流站之间漂浮某种接地电流。通过使用与图1中相同的标号，切换装备仅包括一个开关8、用于连接到第一输电线的第一导体3a和用于连接到第二输电线的第二导体4b。
在第一操作模式下，第一分支由第一导体3a、第一开关8、换流桥和接地连接7形成。在第二操作模式下，第二路径由第二导体4b、开关8、换流桥和接地连接7形成。在示出的实施例中还指示了中间交流网络20，其用于将电力分接到本地交流网络。
在图3中示出了分接装备的进一步的配置。在这个实施例中，分接装备连接在HVDC电力传输系统的输电线和接地之间。分接装备包括多个串联连接的交流网络，该交流网络包含电压源换流器6a、6b、6c，每一个用于本地交流网络(未示出)的每一相。因此，每相分接装备包括电抗器12、第一滤波器13、变压器14和第二滤波器15。该分接装备一起形成中间交流网络20。分接装备用断路器10连接到输电线。为了实施例的清楚起见，只有第一相分接装备具有标号，因为所有三相分接装备都是等同架设的。
为了使昂贵半导体的数量最小化，多个VSC以串联连接相的方式操作。当分接来自HVDC电力传输系统的电力时，问题将会发生，因为如果存在直流线路故障，则HVDC整流器的操作将会迫使电压在零以下以便熄灭直流电流。因为VSC具有与自动可熄灭半导体元件(IGBT)反并联的二极管，所以这就意味着分接处的电压不能被带到零以下。为了解决这个问题，每相分接装备包括二极管11。
二极管每相放置一个，并且将会在直流线路具有低电压时防止电流从分接流到直流线路中。这将会具有以下效果：除了换流器将会接收分接中的电力之外，分接处的交流网中的故障将不会对HVDC有其它影响。电压方面没有干扰。
根据本发明的实施例，如图4所示，分接装备被建造为户外站。全部标号与图3中的相同。
可以注意到以下优点：
·通过仅使用从极到接地的一串半导体所带来的低成本。
·通过使用易于运输的户外设备而不使用阀厅所带来的低成本和简化的本地工作。
·没有可能的从分接到HVDC的严重干扰。
·VSC可以针对黑交流网络或非常弱的交流网络进行操作并保持交流电压不变，这对遥远的地区非常重要。
尽管方便，但是本发明的范围不限于所提供的实施例，而是还包含对于本领域技术人员而言明显的实施例。

Claims (7)

1.一种用于分接来自HVDC电力传输系统(1，2，3，4)的电能的设备(5)，所述HVDC电力传输系统包括具有第一桥(1a)和第二桥(1b)的第一换流站(1)以及具有第一桥(2a)和第二桥(2b)的第二换流站(2)，其中所述第一和第二换流站通过第一输电线(3)和第二输电线(4)相互连接，其特征在于，该设备连接在所述第一输电线(3)与所述第二输电线(4)之间或者所述第一输电线(3)与地之间，且该设备包含：中间交流网络(20)，其包含至少一个电压源换流器(6)；以及切换装备(8)，用于取决于所述HVDC电力传输系统的传输方向来断开所述中间交流网络。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括多个中间交流网络(20a，20b，20c)，其每个将电力馈送到本地交流网络中的一相。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述切换装备包括：切换装置，用于随着变化的极性将所述设备重新连接到所述传输系统。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备包括切换装置(8a，8b)以形成第一电流路径(3a，8a，6，8b，4a)。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备包括切换装置(8a，8b)以形成第二电流路径(4b，9a，6，9b，3b)。
6.一种用于通过连接包含电压源换流器(6)的中间交流网络(20)来分接来自HVDC电力传输系统(1，2，3，4)的电能的方法，其中所述HVDC电力传输系统包括具有第一桥(1a)和第二桥(1b)的第一换流站(1)以及具有第一桥(2a)和第二桥(2b)的第二换流站(2)，其中所述第一和第二换流站通过第一输电线(3)和第二输电线(4)相互连接，其特征在于，
在所述HVDC电力传输系统和所述中间交流网络之间提供切换装备(8，9)；
形成包括所述电压源换流器的第一电流路径(3a，8a，6，8b，4a)；
感测所述HVDC电力传输系统的传输方向；以及
作为对变化的所述传输系统的极性的响应，将所述交流网络与所述HVDC电力传输系统断开。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
响应于变化的所述传输系统的极性，形成包括所述电压源换流器的第二路径(4b，9a，6，9b，3b)。
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