CN103427412A - 一种多端柔性直流输电系统及故障控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多端柔性直流输电系统，包括至少三个柔性直流输电换流站，各个柔性直流输电换流站分别包括换流阀、两个平波电抗器、至少一组传输连接线、以及至少两个直流分断装置，各个柔性直流输电换流站之间通过传输连接线相连接，直流分断装置的数量与正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相一致，各个直流分断装置分别与正极传输连接线、负极传输连接线一一相对应；换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，分别经直流分断装置组对应与正极传输连接线、负极传输连接线相连。本发明还涉及基于本发明设计多端柔性直流输电系统的故障控制方法，通过直流分断装置，可以有效的切除各类故障，极大的提高了多端柔性直流输电系统的可靠性。

Description

一种多端柔性直流输电系统及故障控制方法

技术领域

本发明涉及一种多端柔性直流输电系统及故障控制方法。

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，随着柔性直流输电系统的发展，多端柔性直流输电系统逐渐得到应用，应用多端柔性直流输电系统可实现直流网络互联,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，保证直流网络的稳定性，实现对设备全面保护的多端柔性直流输电系统。

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多端柔性直流输电系统，针对线路短路故障，能够迅速切除故障，保证直流网络的稳定性，实现对设备全面保护的多端柔性直流输电系统的故障控制方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种多端柔性直流输电系统，包括至少三个柔性直流输电换流站，各个柔性直流输电换流站分别包括换流阀、两个平波电抗器、以及至少一组传输连接线，各个柔性直流输电换流站之间通过传输连接线相连接，其中，两个平波电抗器分别与换流阀的正极、负极相连接，传输连接线包括与换流阀的正极、负极相对应的正极传输连接线、负极传输连接线；各个柔性直流输电换流站分别还包括至少两个直流分断装置，直流分断装置的数量与正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相一致，各个直流分断装置分别与正极传输连接线、负极传输连接线一一相对应；换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，分别经直流分断装置组对应与正极传输连接线、负极传输连接线相连。

作为本发明的一种优选技术方案：各个柔性直流输电换流站还分别包括两个非线性电阻组，其中，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；一个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；另一个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；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。

作为本发明的一种优选技术方案：各个柔性直流输电换流站还分别包括至少两个非线性电阻组，非线性电阻组的数量与柔性直流输电换流站中所述正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相等；其中，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；各个非线性电阻组分别与各条正极传输连接线、负极传输连接线一一对应设置，其中，各个非线性电阻组的一端分别与正极传输连接线或负极传输连接线相连，另一端接地；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。

作为本发明的一种优选技术方案：所述直流分断装置为双向直流分断装置。

本发明所述一种多端柔性直流输电系统采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明设计的多端柔性直流输电系统，针对线路短路故障，能够迅速切除故障，保证了多端柔性直流输电系统中的各个设备，实现对设备全面保护，提高多端柔性直流输电系统的稳定性；

（2）本发明设计的多端柔性直流输电系统中，分别针对各个柔性直流输电换流站中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系统的使用寿命；

（3）本发明设计的多端柔性直流输电系统中，针对各个直流分断装置，均采用双向直流分断装置，提高了直流分断装置的使用效率，保证了整个柔性直流输电换流站工作的安全性。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种多端柔性直流输电系统的故障控制方法，针对故障所在的传输连接线，分别控制该传输连接线两端的直流分断装置进行分断电流。

作为本发明的一种优选技术方案：针对故障所在的传输连接线，分别同时控制该传输连接线两端的直流分断装置进行分断电流。

本发明所述一种多端柔性直流输电系统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）本发明设计的多端柔性直流输电系统的故障控制方法，基于本发明设计的多端柔性直流输电系统，针对故障所在的传输连接线，能够迅速切除故障，保证了多端柔性直流输电系统中的各个设备，实现对设备全面保护，提高多端柔性直流输电系统的稳定性；

（2）本发明设计的多端柔性直流输电系统的故障控制方法，针对故障所在的传输连接线，分别同时控制该传输连接线两端的直流分断装置进行分断电流，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，保证了整个多端柔性直流输电系统工作的稳定性。

附图说明

图1是本发明设计多端柔性直流输电系统的整体结构示意图；

图2是本发明设计多端柔性直流输电系统中实施例一中第一柔性直流输电换流站的结构示意图；

图3是本发明设计多端柔性直流输电系统中实施例一中第二柔性直流输电换流站、第三柔性直流输电换流站的结构示意图。

其中，1.换流阀，2.平波电抗器，3.直流分断装置，4.非线性电阻组。

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，本发明设计了一种多端柔性直流输电系统，包括至少三个柔性直流输电换流站，各个柔性直流输电换流站分别包括换流阀、两个平波电抗器、以及至少一组传输连接线，各个柔性直流输电换流站之间通过传输连接线相连接，其中，两个平波电抗器分别与换流阀的正极、负极相连接，传输连接线包括与换流阀的正极、负极相对应的正极传输连接线、负极传输连接线；各个柔性直流输电换流站分别还包括至少两个直流分断装置，直流分断装置的数量与正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相一致，各个直流分断装置分别与正极传输连接线、负极传输连接线一一相对应；换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，分别经直流分断装置组对应与正极传输连接线、负极传输连接线相连。

本发明设计的多端柔性直流输电系统，针对线路短路故障，能够迅速切除故障，保证了多端柔性直流输电系统中的各个设备，实现对设备全面保护，提高多端柔性直流输电系统的稳定性。

作为本发明的一种优选技术方案：各个柔性直流输电换流站还分别包括两个非线性电阻组，其中，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；一个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；另一个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；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。

作为本发明的一种优选技术方案：各个柔性直流输电换流站还分别包括至少两个非线性电阻组，非线性电阻组的数量与柔性直流输电换流站中所述正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相等；其中，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；各个非线性电阻组分别与各条正极传输连接线、负极传输连接线一一对应设置，其中，各个非线性电阻组的一端分别与正极传输连接线或负极传输连接线相连，另一端接地；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。

本发明设计的多端柔性直流输电系统中，分别针对各个柔性直流输电换流站中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。

作为本发明的一种优选技术方案：所述直流分断装置为双向直流分断装置。

本发明设计的多端柔性直流输电系统中，针对各个直流分断装置，均采用双向直流分断装置，提高了直流分断装置的使用效率，保证了整个柔性直流输电换流站工作的安全性。

与此相应，本发明设计了一种多端柔性直流输电系统的故障控制方法，针对故障所在的传输连接线，分别控制该传输连接线两端的直流分断装置进行分断电流。

本发明设计的多端柔性直流输电系统的故障控制方法，基于本发明设计的多端柔性直流输电系统，针对故障所在的传输连接线，能够迅速切除故障，保证了多端柔性直流输电系统中的各个设备，实现对设备全面保护，提高多端柔性直流输电系统的稳定性。

作为本发明的一种优选技术方案：针对故障所在的传输连接线，分别同时控制该传输连接线两端的直流分断装置进行分断电流，同时分断故障电流，有效提高了切除故障的工作效率，保证了整个多端柔性直流输电系统工作的稳定性。

本发明设计的多端柔性直流输电系统在实际应用中，针对各个柔性直流输电换流站，尽可能缩短直流分断装置与平波电抗器之间的距离，即控制直流分断装置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连接线的保护范围，提高整个多端柔性直流输电系统的安全保护范围，保证整个多端柔性直流输电系统的稳定性。

本发明设计的多端柔性直流输电系统及故障控制方法在实际应用过程当中，如实施例一所示，包括三个柔性直流输电换流站，包括三个柔性直流输电换流站，分别为第一柔性直流输电换流站、第二柔性直流输电换流站和第三柔性直流输电换流站；其中，第一柔性直流输电换流站包括两组传输连接线，第二柔性直流输电换流站和第三柔性直流输电换流站分别包括一组传输连接线；第一柔性直流输电换流站的两组传输连接线分别与第二柔性直流输电换流站、第三柔性直流输电换流站的传输连接线相对应连接。

针对实施例一中多端柔性直流输电系统包括三个柔性直流输电换流站的情况，当正负极传输连接线一侧发生双极短路故障时，由于各条正负极传输连接线的两端均设置了直流分断装置，所以短路电流都会流经直流分断装置，因此，针对故障所在的传输连接线，可以通过分断该传输连接线两端的直流分断装置来分断短路电流，且采取同时分断该传输连接线两端的直流分断装置，由于直流分断装置与故障所在的传输连接线是串联的连接形式，所以该传输连接线两端的直流分断装置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。

本发明设计的多端柔性直流输电系统及故障控制方法在实际应用过程当中，当正负极传输连接线一侧发生单极接地短路故障时，无论正极传输连接线接地故障还是负极传输连接线接地故障，故障电流不存在回路，但由于正极传输连接线和负极传输连接线之间的电压保持不变，其中一极传输连接线接地，另一极传输连接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，本发明针对各个柔性直流输电换流站中的各条正负极传输连接线一侧，分别设置了非线性电阻组可以有效的限制过电压，通过合理的选择非线性电阻组的动作电压的门槛，保证设备在正负极传输连接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工作之前，起到对整个多端柔性直流输电系统的保护作用，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，由于正负极传输连接线一侧发生单极接地短路故障时，正极传输连接线和负极传输连接线之间的电压保持不变，其中一极传输连接线接地，另一极传输连接线的对地电压会变为原来的2倍，因此，正负极传输连接线一侧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。同样，换流阀一侧的各个非线性电阻组的工作原理与正负极传输连接线一侧的各个非线性电阻组的工作原理一致，同样，换流阀一侧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；本发明设计的多端柔性直流输电系统中安装了直流分断装置，满足分断条件后尽快分断直流分断装置后，可以彻底将故障线路与换流阀进行隔离。隔离后，正负极传输连接线路一侧的各个非线性电阻组可以避免线路承受过压，正负极传输连接线路一侧的各个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，换流阀一侧的各个非线性电阻组可以避免换流阀设备承受过压，换流阀一侧的各个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。

本发明设计的多端柔性直流输电系统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，实现对换流阀和直流传输线的保护。

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多端柔性直流输电系统，将直流分断装置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，极大的提高了多端柔性直流输电系统的可靠性。

本发明设计的多端柔性直流输电系统在实际应用过程当中，如设计包括三个柔性直流输电换流站，分别为第一柔性直流输电换流站、第二柔性直流输电换流站和第三柔性直流输电换流站；其中，第一柔性直流输电换流站包括两组传输连接线，第二柔性直流输电换流站和第三柔性直流输电换流站分别包括一组传输连接线；第一柔性直流输电换流站的两组传输连接线分别与第二柔性直流输电换流站、第三柔性直流输电换流站的传输连接线相对应连接。

其中，各个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。

各个柔性直流输电换流站分别还包括至少两个直流分断装置，直流分断装置的数量与正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相一致，各个直流分断装置分别与正极传输连接线、负极传输连接线一一相对应；换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，分别经直流分断装置组对应与正极传输连接线、负极传输连接线相连。 

如图2所示，第一柔性直流输电换流站包括两组传输连接线，分别连接至第二柔性直流输电换流站和第三柔性直流输电换流站的传输连接线。对于第一柔性直流输电换流站，需要安装四个直流分断装置。同理，对于第二柔性直流输电换流站，如图3所示，需要安装两个直流分断装置。对于第三柔性直流输电换流站，同样如图3所示，需要安装两个直流分断装置。同组的两个直流分断装置承受分断电压能力相同，系统的额定运行电压为±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，两个直流分断装置总的承受分断电压应不低于600kV，因此每个直流分断装置应能承受不低于300kV的分断电压。

本发明设计的多端柔性直流输电系统还包括非线性电阻组，包括设置在正负极传输连接线一侧的非线性电阻组和设置在换流阀一侧的非线性电阻组。本发明实施例一中的第一柔性直流输电换流站，共有四条正负极传输连接线，因此需要在对应正负极传输连接线的一侧分别安装四个非线性电阻组，如图2所示。本实施例一中的第二柔性直流输电换流站，需要安装两个非线性电阻组；本实施例一中的第三柔性直流输电换流站，需要安装两个非线性电阻组。

非线性电阻组的动作电压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。在本实施例一中，非线性电阻组的动作电压可以选取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，非线性电阻组阻抗减小，将电压限制在260kV－280kV之间，且吸收过剩的能量。

本发明设计的多端柔性直流输电系统及故障控制方法，通过直流分断装置和非线性电阻组的配合，可以有效的切除各类故障，极大的提高了多端柔性直流输电系统的可靠性。

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 (6)

1.一种多端柔性直流输电系统，包括至少三个柔性直流输电换流站，各个柔性直流输电换流站分别包括换流阀、两个平波电抗器、以及至少一组传输连接线，各个柔性直流输电换流站之间通过传输连接线相连接，其中，两个平波电抗器分别与换流阀的正极、负极相连接，传输连接线包括与换流阀的正极、负极相对应的正极传输连接线、负极传输连接线；其特征在于：各个柔性直流输电换流站分别还包括至少两个直流分断装置，直流分断装置的数量与正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相一致，各个直流分断装置分别与正极传输连接线、负极传输连接线一一相对应；换流阀的正极、负极分别与平波电抗器相连后，分别经直流分断装置组对应与正极传输连接线、负极传输连接线相连。

2.根据权利要求1所述一种多端柔性直流输电系统，其特征在于：各个柔性直流输电换流站还分别包括两个非线性电阻组，其中，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；一个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；另一个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；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。

3.根据权利要求1所述一种多端柔性直流输电系统，其特征在于：各个柔性直流输电换流站还分别包括至少两个非线性电阻组，非线性电阻组的数量与柔性直流输电换流站中所述正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相等；其中，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；各个非线性电阻组分别与各条正极传输连接线、负极传输连接线一一对应设置，其中，各个非线性电阻组中的一端分别与正极传输连接线或负极传输连接线相连，另一端接地；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。

4.根据权利要求1所述一种多端柔性直流输电系统，其特征在于：所述直流分断装置为双向直流分断装置。

5.一种基于权利要求1至4中任意一项所述多端柔性直流输电系统的故障控制方法，其特征在于：针对故障所在的传输连接线，分别控制该传输连接线两端的直流分断装置进行分断电流。

6.根据权利要求5所述一种多端柔性直流输电系统的故障控制方法，其特征在于：针对故障所在的传输连接线，分别同时控制该传输连接线两端的直流分断装置进行分断电流。

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