CN103414172B - 一种柔性直流输电换流站及故障控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电换流站，包括换流阀、正极传输线、负极传输线、直流分断装置组、以及两个平波电抗器，两个平波电抗器分别与换流阀的正极、负极相连接，换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，经直流分断装置组对应与正极传输线、负极传输线相连。本发明还分别涉及针对直流分断装置组两种结构的故障控制方法，通过直流分断装置组的应用，可以有效的切除各类故障，极大的提高了柔性直流输电换流站的可靠性。

Description

一种柔性直流输电换流站及故障控制方法

技术领域

本发明涉及一种柔性直流输电换流站及故障控制方法。

背景技术

柔性直流输电系统采用模块化多电平换流器，具有对器件一致触发动态均压要求低、扩展性好、输出电压波形品质高、开关频率低、运行损耗低等诸多优点，但其缺点也十分明显，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，通过换流器停机的方式也无法切除故障。

发明内容

针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种针对线路短路故障，能够迅速切除故障，实现对设备全面保护的柔性直流输电换流站。

与此相应，针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本发明设计的柔性直流输电换流站中其中一个实施例结构，能够迅速切除故障，实现对设备全面保护的柔性直流输电换流站的故障控制方法。

与此相应，针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本发明设计的柔性直流输电换流站中另一个实施例结构，能够迅速切除故障，实现对设备全面保护的柔性直流输电换流站的故障控制方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种柔性直流输电换流站，包括换流阀、正极传输线、负极传输线、以及两个平波电抗器，两个平波电抗器分别与换流阀的正极、负极相连接，还包括直流分断装置组，换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，经直流分断装置组对应与正极传输线、负极传输线相连。

作为本发明的一种优选技术方案：所述直流分断装置组包括第一直流断路器和第二直流断路器，其中，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经第一直流断路器、第二直流断路器对应与所述正极传输线、负极传输线相连。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一直流断路器、第二直流断路器均为双向直流分断装置。

作为本发明的一种优选技术方案：所述直流分断装置组包括第三直流断路器和电动隔离开关，其中，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经第三直流断路器、电动隔离开关对应与所述正极传输线、负极传输线相连；或者，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经电动隔离开关、第三直流断路器对应与所述正极传输线、负极传输线相连。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第三直流断路器为双向直流分断装置。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括第一非线性电阻组和第二非线性电阻组，其中，第一非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第一非线性电阻组的一端与所述换流阀的正极相连，另一端接地；第二非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第二非线性电阻组的一端与所述换流阀的负极相连，另一端接地；第一非线性电阻组和第二非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括第三非线性电阻组和第四非线性电阻组，其中，第三非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第三非线性电阻组的一端与所述正极传输线相连，另一端接地；第四非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第四非线性电阻组的一端与所述负极传输线相连，另一端接地；第三非线性电阻组和第四非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍。

本发明所述一种柔性直流输电换流站采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明设计的柔性直流输电换流站，基于传统柔性直流输电换流站，增设直流分断装置组，针对线路短路故障，能够迅速切除故障，实现对设备全面保护，防止线路故障影响到供电网络，具有很高的可靠性；

（2）本发明设计的柔性直流输电换流站，针对其中的直流分断装置组，提出了多种结构，均能有效实现对设备的全面保护，具有结构灵活多变的优点，有效扩大了该直流分断装置组的应用范围；

（3）本发明设计的柔性直流输电换流站中，针对直流分断装置组中的各个直流断路器，均采用双向直流分断装置，提高了直流分断装置组的使用效率，保证了整个柔性直流输电换流站工作的安全性；

（4）本发明设计的柔性直流输电换流站中，针对换流阀的正负极一侧、以及正负极传输线一侧，分别设置非线性电阻组，在发生线路故障时，有效保证了换流阀和直流传输线不会因为过压而损坏或是遭受影响，提高了整个柔性直流输电换流站的使用寿命。

与此相应，本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种柔性直流输电换流站的故障控制方法，线路故障时，分别控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流。

作为本发明的一种优选技术方案：线路故障时，分别同时控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流。

本发明所述以上一种柔性直流输电换流站的故障控制方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明设计的柔性直流输电换流站的故障控制方法，针对直流分断装置组的其中一种结构，在线路故障时，分别控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流，实现对故障电流的隔离，迅速切除故障，实现对设备的全面保护；

（2）本发明设计的柔性直流输电换流站的故障控制方法中，线路故障时，分别同时控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流，使得第一直流断路器和第二直流断路器同时进行分断电流，同时对故障电流进行分断，有效提高了切除故障的工作效率，保证了整个柔性直流输电换流站工作的稳定性。

与此相应，本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种柔性直流输电换流站的故障控制方法，线路故障时，首先控制所述第三直流断路器对故障电流进行分断；接着根据流过所述电动隔离开关上的电流值，控制电动隔离开关工作。

本发明所述以上一种柔性直流输电换流站的故障控制方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明设计的柔性直流输电换流站的故障控制方法，针对直流分断装置组的另一种结构，在线路故障时，首先控制所述第三直流断路器对故障电流进行分断；接着根据流过所述电动隔离开关上的电流值，控制电动隔离开关工作，分开电动隔离开关，实现了切除故障的工作过程，且本设计结构中只有一个直流断路器，在节省成本的同时，也能实现对设备的全面保护。 

附图说明

图1是本发明设计的柔性直流输电换流站的结构示意图；

图2是本发明设计的柔性直流输电换流站实施例一的结构示意图；

图3是本发明设计的柔性直流输电换流站实施例二的结构示意图；

图4是本发明设计的柔性直流输电换流站实施例一发生正负极传输线路短路的电流回路示意图；

图5是本发明设计的柔性直流输电换流站实施例二发生正负极传输线路短路的电流回路示意图。

其中，1.换流阀，2.平波电抗器，3.第一非线性电阻组，4. 第二非线性电阻组，5.直流分断装置组，6.第三非线性电阻组，7.第四非线性电阻组，8.正极传输线，9.负极传输线，10.第一直流断路器，11.第二直流断路器，12.第三直流断路器，13.电动隔离开关。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计了一种柔性直流输电换流站，包括换流阀、正极传输线、负极传输线、以及两个平波电抗器，两个平波电抗器分别与换流阀的正极、负极相连接，还包括直流分断装置组，换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，经直流分断装置组对应与正极传输线、负极传输线相连。

本发明设计的柔性直流输电换流站，基于传统柔性直流输电换流站，增设直流分断装置组，针对线路短路故障，能够迅速切除故障，实现对设备全面保护，防止线路故障影响到供电网络，具有很高的可靠性。

如图2所示，作为本发明的一种优选技术方案：所述直流分断装置组包括第一直流断路器和第二直流断路器，其中，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经第一直流断路器、第二直流断路器对应与所述正极传输线、负极传输线相连。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一直流断路器、第二直流断路器均为双向直流分断装置。

如图3所示，作为本发明的一种优选技术方案：所述直流分断装置组包括第三直流断路器和电动隔离开关，其中，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经第三直流断路器、电动隔离开关对应与所述正极传输线、负极传输线相连；或者，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经电动隔离开关、第三直流断路器对应与所述正极传输线、负极传输线相连。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第三直流断路器为双向直流分断装置。

本发明设计的柔性直流输电换流站，针对其中的直流分断装置组，提出了多种结构，均能有效实现对设备的全面保护，具有结构灵活多变的优点，有效扩大了该直流分断装置组的应用范围；且针对直流分断装置组中的各个直流断路器，均采用双向直流分断装置，提高了直流分断装置组的使用效率，保证了整个柔性直流输电换流站工作的安全性。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括第一非线性电阻组和第二非线性电阻组，其中，第一非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第一非线性电阻组的一端与所述换流阀的正极相连，另一端接地；第二非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第二非线性电阻组一端与所述换流阀的负极相连，另一端接地；第一非线性电阻组和第二非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括第三非线性电阻组和第四非线性电阻组，其中，第三非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第三非线性电阻组的一端与所述正极传输线相连，另一端接地；第四非线性电阻组包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，第四非线性电阻组的一端与所述负极传输线相连，另一端接地；第三非线性电阻组和第四非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍。

本发明设计的柔性直流输电换流站中，针对换流阀的正负极一侧、以及正负极传输线一侧，分别设置非线性电阻组，在发生线路故障时，有效保证了换流阀和直流传输线不会因为过压而损坏或是遭受影响，提高了整个柔性直流输电换流站的使用寿命。

本发明设计了一种柔性直流输电换流站的故障控制方法，线路故障时，分别控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流，实现对故障的隔离，迅速切除故障，实现对设备的全面保护。

作为本发明的一种优选技术方案：线路故障时，分别同时控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流，使得第一直流断路器和第二直流断路器同时进行分断电流，同时对故障电流实现了分断，有效提高了切除故障的工作效率，保证了整个柔性直流输电换流站工作的稳定性。

本发明设计了一种柔性直流输电换流站的故障控制方法，电路故障时，首先控制所述第三直流断路器对故障电流进行分断；接着根据流过所述电动隔离开关上的电流值，控制电动隔离开关工作，分开电动隔离开关，实现了切除故障的工作过程，且本设计结构中只有一个直流断路器，在节省成本的同时，也能实现对设备的全面保护。

本发明设计的柔性直流输电换流站在实际应用过程当中，尽可能缩短直流分断装置组与平波电抗器之间的距离，即直流分断装置组与平波电抗器之间的距离尽可能的短，可以有效提高正负极传输线的保护范围，提高整个柔性直流输电换流站的安全保护范围，保证整个柔性直流输电换流站的稳定性。

本发明设计的柔性直流输电换流站及故障控制方法在实际应用过程当中，当正负极传输线一侧发生双极短路故障时，对于柔性直流输电换流站实施例一，如图4所示短路电流路径；对于柔性直流输电换流站实施例二，如图5所示短路电流路径。两种实施例，短路电流都会流经直流断路器，因此，可以通过分断直流断路器来分断短路电流，实施例一中的两个直流断路器同时分断，即第一直流断路器和第二直流断路器同时接收控制命令，同时分断，由于第一直流断路器和第二直流断路器在故障电路中是串联的连接形式，所以第一直流断路器和第二直流断路器可共同分担分断电压，迅速切除故障，实现对设备的全面保护。

实施例二中只有一个直流断路器和一个电动隔离开关，即第三直流断路器和电动隔离开关，首先分断第三直流断路器，分断故障电流，当故障电流下降到电动隔离开关的动作分断值以下后，分断电动隔离开关，迅速切除故障，实现对设备的全面保护。

本发明设计的柔性直流输电换流站及故障控制方法在实际应用过程当中，当正负极传输线一侧发生单极接地短路故障时，无论正极传输线接地故障还是负极传输线接地故障，故障电流不存在回路，但由于正极传输线和负极传输线之间的电压保持不变，其中一极传输线接地，另一极传输线的对地电压会变为原来的2倍，对地过电压会对设备的绝缘造成不利的影响，对于这种情况，实施例一和实施例二中，针对正负极传输线一侧，分别设置了第三非线性电阻组和第四非线性电阻组可以有效的限制过电压，通过合理的选择第三非线性电阻组和第四非线性电阻组的动作电压的门槛，保证设备在正负极传输线一侧发生单极接地短路故障时不受过电压的影响，使得在直流分断装置组工作之前，起到对整个柔性直流输电换流站的保护作用，其中，非线性电阻组的动作电压是指当超过该电压时，非线性电阻组的阻值开始减小，并流过电流，吸收能量，实现将线路上剩余的能量释放掉的工作过程，由于正负极传输线一侧发生单极接地短路故障时，正极传输线和负极传输线之间的电压保持不变，其中一极传输线接地，另一极传输线的对地电压会变为原来的2倍，因此，第三非线性电阻组和第四非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍。同样，换流阀一侧的第一非线性电阻组和第二非线性电阻组的工作原理与正负极传输线一侧的第三非线性电阻组和第四非线性电阻组的工作原理一致，同样，第一非线性电阻组和第二非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍；实施例一和实施例二都安装了直流分断装置组，满足分断条件后尽快分断直流断路器或电动隔离开关后，可以彻底将故障线路与换流阀进行隔离。隔离后，正负极传输线路一侧的第三非线性电阻组和第四非线性电阻组可以避免线路承受过压，第三非线性电阻组和第四非线性电阻组动作后，可以逐渐将线路上剩余的能量释放掉，同样，在隔离后，换流阀一侧的第一非线性电阻组和第二非线性电阻组可以避免换流站设备承受过压，第一非线性电阻组和第二非线性电阻组动作后，可以逐渐将换流站剩余的能量释放掉。

本发明设计的柔性直流输电换流站及故障控制方法在实际应用过程当中，在换流阀正常运行时，各个非线性电阻组不应当动作，因此选取各个非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍，正常运行时，正极线路和负极线路对地电压未达到线性电阻组的动作电压门槛时，对应非线性电阻组呈现对地高阻抗。当由于雷击，操作开关，或线路故障等原因造成过压，非线性电阻组阻抗减小，开始限制过电压，且吸收过剩的能量，实现对换流阀和电网的保护。

综上，针对各个非线性电阻组的选取，可以选取动作电压为换流阀正极对地电压的1.2至1.5倍之间，满足了上述功能要求的同时，提高了非线性电阻组工作的灵敏性。

采用这种方式设计的柔性直流输电换流站，将直流分断装置组串联连接于换流阀与输电线路之间，可有效的切除故障电流，并且通过合理的布置非线性电阻组，加之合理选取非线性电阻组的动作电压，可有效的避免设备承受由各种原因造成的对地过压，这样，通过直流分断装置组和非线性电阻组的配合，可以有效的切除各类故障，极大的提高了柔性直流输电换流站的可靠性。

本发明设计的柔性直流输电换流站及故障控制方法在实际应用过程当中，如设计柔性直流输电换流站的额定运行电压为±200kV，即正极对地电压为200kV，负极对地电压为-200kV。

该柔性直流输电换流站中，针对直流分断装置组，采用如下两种结构设计。

直流分断装置组的实施例一包括第一直流断路器和第二直流断路器，第一直流断路器和第二直流断路器承受分断电压能力相同。由于设计柔性直流输电换流站的额定运行电压为±200kV，总压差为400kV，考虑平波电抗器以及换流阀其他设备在电流突然降低时会产生一定的过电压，第一直流断路器和第二直流断路器总的承受分断电压应不低于600kV，因此第一直流断路器和第二直流断路器分别应能承受不低于300kV的分断电压。

直流分断装置组的实施例二包括第三直流断路器和电动隔离开关，第三直流断路器和电动隔离开关总的承受分断电压应不低于600kV，由于第三直流断路器先分断，需要能够承受600kV的分断电压。

具体实际设计中，还包括针对换流阀一侧设置的第一非线性电阻组、第二非线性电阻组，以及针对正负极传输线一侧设置的第三非线性电阻组、第四非线性电阻组；各个非线性电阻组分别包括至少一个相互串联或并联的非线性电阻，选取各个非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍，本设计方案中，各个非线性电阻组的动作电压选定为换流阀正极对地电压的1.3倍，为260kV。

在换流阀正常运行时，正极和负极对地电压未达到非线性电阻组的动作电压门槛，当对地电压超过260kV时，非线性电阻组的阻抗减小，将电压限制在260kV－280kV之间，且吸收过剩的能量。

操作该柔性直流输电换流站中的直流分断装置组的方法，当采用如图2所示的实施例一的结构时，当收到分断指令时，同时分断第一直流断路器和第二直流断路器。

当采用如图3所示的实施例二的结构时，当收到分断指令时，首先分断正极的第三直流断路器，当流过电动隔离开关的电流小于电动隔离开关的动作分断值时，分断电动隔离开关。

本发明设计的柔性直流输电换流站及故障控制方法，通过直流分断装置组和非线性电阻组的配合，可以有效的切除各类故障，极大的提高了柔性直流输电换流站的可靠性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1. 一种柔性直流输电换流站，包括换流阀、正极传输线、负极传输线、以及两个平波电抗器，两个平波电抗器分别与换流阀的正极、负极相连接，其特征在于：还包括直流分断装置组，换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，经直流分断装置组对应与正极传输线、负极传输线相连；所述换流站还包括第一非线性电阻组和第二非线性电阻组，其中，第一非线性电阻组包括至少两个相互串并联的非线性电阻，第一非线性电阻组的一端与所述换流阀的正极相连，另一端接地；第二非线性电阻组包括至少两个相互串并联的非线性电阻，第二非线性电阻组的一端与所述换流阀的负极相连，另一端接地；第一非线性电阻组和第二非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍；所述换流站还包括第三非线性电阻组和第四非线性电阻组，其中，第三非线性电阻组包括至少两个相互串并联的非线性电阻，第三非线性电阻组的一端与所述正极传输线相连，另一端接地；第四非线性电阻组包括至少两个相互串并联的非线性电阻，第四非线性电阻组的一端与所述负极传输线相连，另一端接地；第三非线性电阻组和第四非线性电阻组的动作电压均大于所述换流阀的正极对地电压，且小于换流阀正极对地电压的2倍。

2. 根据权利要求1所述一种柔性直流输电换流站，其特征在于：所述直流分断装置组包括第一直流断路器和第二直流断路器，其中，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经第一直流断路器、第二直流断路器对应与所述正极传输线、负极传输线相连。

3. 根据权利要求2所述一种柔性直流输电换流站，其特征在于：所述第一直流断路器、第二直流断路器均为双向直流分断装置。

4. 根据权利要求1所述一种柔性直流输电换流站，其特征在于：所述直流分断装置组包括第三直流断路器和电动隔离开关，其中，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经第三直流断路器、电动隔离开关对应与所述正极传输线、负极传输线相连；或者，所述换流阀的正极、负极分别与所述平波电抗器相连后，分别经电动隔离开关、第三直流断路器对应与所述正极传输线、负极传输线相连。

5. 根据权利要求4所述一种柔性直流输电换流站，其特征在于：所述第三直流断路器为双向直流分断装置。

6. 一种基于权利要求2所述柔性直流输电换流站的故障控制方法，其特征在于：线路故障时，分别控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流。

7. 根据权利要求6所述一种柔性直流输电换流站的故障控制方法，其特征在于：线路故障时，分别同时控制所述第一直流断路器和第二直流断路器进行分断电流。

8. 一种基于权利要求4所述柔性直流输电换流站的故障控制方法，其特征在于：线路故障时，首先控制所述第三直流断路器分断故障电流；接着根据流过所述电动隔离开关上的电流值，控制电动隔离开关工作。