CN103618329B - 多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法 - Google Patents

多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法，多端柔性直流输电系统包括四个换流站，其中一个换流站需要检修，每个换流站直流侧包含相互串联的两组隔离刀闸QS1、QS2，QS1和QS2中间串联交流断路器Q2，QS1与QS2两侧并联隔离刀闸QS3，交流侧包括相互串联的交流进线开关Q1、换流变压器，直流线路与汇流母线之间串联隔离刀闸QS4。本发明的方法兼顾电力系统对检修多端柔性直流输电系统的要求，借助柔性直流输电系统控制特性，利用交流断路器能够切断小电流直流线路的特点，将交流断路器串联在换流站直流侧，起到直流断路器的作用，为了保障交流断路器的操作安全和延长交流断路器的使用寿命，在交流断路器两端并联隔离开关，起导通正常运行电流的作用。

Description

多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法。
背景技术
电力系统中的元件从运行状态进入检修状态一般是通过断路器进行开断，在交流系统中, 电流每周波有两次自然过零点,交流断路器就是充分利用此时机熄灭电弧, 完成介质恢复。而直流系统不存在自然过零点，因此，开断直流线路就要困难很多，直流线路开断的首要任务是熄灭电弧，其次由于直流系统中电感的存在, 系统里储存了大量的能量,需要采取有效手段来耗散这些能量，同时需要抑制过电压, 保证间隙完成介质恢复和保护系统设备免受损坏，虽然现在有很多直流开断方法，像“人工制造零点法”，“增大电弧电压法”，但这些方法都有一定的使用范围，能力有限，设备造价昂贵，尚未推广到工程应用。
以可关断电力电子器件和PWM技术为基础的柔性直流输电技术发展迅速，与传统直流相比，其最大的特点是具有两个控制自由度，能够根据电网及负荷运行状况灵活控制换流站直流母线电压及功率情况。多端柔性直流输电技术在运行灵活性、可靠性上比两端柔性直流输电技术更有优势，同时构建多端柔性直流输电能够满足电网互联、城市电网供电、多个风电场（新能源）互联等，但多端柔性直流输电系统相对两端直流输电系统更加复杂，运行要求更高，容易出现的问题更多，如何保持多端柔性直流输电系统安全稳定可靠运行是普遍关注的问题。在多端柔性直流输电系统稳态运行时，如何停运其中一个换流站并从直流侧与系统隔离，而不影响其余换流站的正常运行，具有重要的实用价值，然而还没有很好的解决方法。目前，在直流断路器不能工程化应用的前提下，停运检修多端柔性直流输电系统中的一站首先需要将整个系统停运，然后将保留的柔性直流输电系统重新启动。此方法有如下缺点：
1)增加了多端柔性直流输电系统的停运概率；
2)如果运行系统与重要负荷相连，则为了检修一个换流站将会造成重大损失；
3)如果运行系统与风电场（新能源）相连，则为了检修一个换流站将会导致新能源的退出并重新投入，减小了能源利用率；
4)如果两个非同步电网通过多端柔性直流输电系统联网，则为了检修一个换流站将会导致两个非同步电网内部功率不平衡，电网安稳控制保护动作，失去部分电源或者负荷，甚至导致连锁故障，造成同步电网瘫痪；
5)如果地区电网联络线由交流和多端柔性直流输电系统组成，则为了检修一个换流站，可能导致交流线路过载，甚至线路潮流超过其暂稳极限，造成电网安稳控制保护动作。
综上所述，在直流断路器尚未工程化应用的背景下，为了提高多端柔性直流输电稳定性和可靠性，充分发挥多端柔性直流输电的优势，需要一种更加灵活有效的直流线路在线隔离及并网方法。
发明内容
本发明的目的是针对停运检修多端柔性直流输电系统单个换流站时，需要将整个系统停运这一问题，提供了一种多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法，该方法通过交流断路器和简单的顺序操作，可以实现传统认为需要直流断路器才能实现的直流线路带电隔离和检修的功能，在不停运整个多端柔性直流输电系统的前提下，实现多端柔性直流系统单个换流站的灵活隔离和检修。
为了达到上述目的，本发明提出的解决方法是：
本发明的多端柔性直流输电系统，包括有四个换流站，其中一个换流站需要检修，每个换流站直流侧包含相互串联的两组隔离刀闸QS1、QS2，QS1和QS2中间串联交流断路器Q2，QS1与QS2两侧并联隔离刀闸QS3，交流侧包括相互串联的交流进线开关Q1、换流变压器，直流线路与汇流母线之间串联隔离刀闸QS4。
上述交流进线开关Q1是交流高压断路器。
上述交流断路器Q2是交流高压断路器。
上述隔离刀闸QS1、QS2是高压隔离开关。
上述换流变压器是Δ/Yn型换流变压器。
本发明多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法，包括以下步骤：
1）合直流侧串联的两个隔离刀闸QS1，QS2；
2）合直流侧的交流断路器Q2；
3）分与其并联的隔离刀闸QS3；
4）闭锁需要检修的换流站；
5）分交流侧交流进线开关Q1；
6）分直流侧的交流断路器Q2；
7）分直流侧串联的隔离刀闸QS1，QS2；
8）分汇流母线的隔离刀闸QS4，进入停运状态。
上述步骤8）位于停运状态的换流站需要并入多端柔性直流输电系统运行时，停运的换流站按照以下顺序动作：
11）以STATCOM方式启动；
12）合汇流母线隔离刀闸QS4；
13）控制换流站直流母线电压与线路电压的差值在允许范围内；
14）合直流侧串联隔离刀闸QS1，QS2；
15）暂时性闭锁换流站；
16）合直流侧交流断路器Q2；
17）将停运站运行模式设置成定有功功率和无功功率模式；
18）解锁停运站；
19）合并联隔离刀闸QS3；
20）分直流侧交流断路器Q2；
21）分直流侧串联隔离刀闸QS1，QS2。
需要检修多个换流站时，其停运顺序不分先后。
多端柔性直流输电系统正常运行情况下直流侧串联隔离刀闸QS1、QS2和断路器Q2处于分位，能直接检修直流侧串联交流断路器Q2，不需要停运直流线路及换流站。
本发明通过交流断路器和简单的顺序操作，能够实现传统认为需要直流断路器才能实现的直流线路带电隔离和检修的功能，在不停运整个多端柔性直流输电系统的前提下，实现多端柔性直流系统单个换流站及其直流线路的灵活隔离和检修。
本发明的技术特点是：本发明兼顾电力系统对检修多端柔性直流输电系统的要求，借助柔性直流输电系统本身的控制特性，利用交流断路器能够切断小电流直流线路的特点，将交流断路器串联在换流站直流侧，起到直流断路器的作用，同时为了保障交流断路器的操作安全和延长交流断路器的使用寿命，在交流断路器两端并联隔离开关，起导通正常运行电流的作用。
本发明的有益效果是：本发明利用技术成熟的交流断路器代替尚不能工程推广应用的直流断路器进行多端柔性直流输电系统的检修，解决了因为检修一个换流站或者直流线路而停运整个多端柔性直流输电系统的问题。该方法具有技术成熟、经济可靠、实现简单、性能优异的特点，可应用于多端柔性直流输电实际工程中。
附图说明
图1为单个换流站拓扑结构示意图；
图2为多端柔性直流输电系统示意图，其中单站的拓扑结构如图1所示（以四端柔性直流输电系统为例说明）。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施，对本发明提出的一种多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法进行详细说明。
本发明是针对的多端柔性直流输电系统包括借助直流线路连接的三端及三端以上的换流站，其中每个换流站直流侧包含相互串联的两组组隔离刀闸QS1、QS2，其拓扑结构如图1所示，QS1和QS2中间串联交流断路器Q2，QS1与QS2两侧并联隔离刀闸QS3，交流侧包括相互串联的交流进线开关Q1，换流变压器，直流线路与汇流母线之间串联隔离刀闸QS4。
本实施例中，上述交流进线开关Q1是交流高压断路器，如户外交流高压六氟化硫断路器。
本实施例中，上述交流断路器Q2是交流高压断路器，如户外交流高压六氟化硫断路器。
本实施例中，上述隔离刀闸QS1、QS2是高压隔离开关，如GW型高压隔离开关。
本实施例中，上述换流变压器是Δ/Yn型换流变压器，并且中性点与大地之间接一个比较大的接地电阻。
如图2所示，换流站1、2、3、4组成正在稳定运行的四端柔性直流输电系统，其直流侧串联直流侧串联的一组交流断路器Q2，隔离刀闸QS1，QS2处于分位，其并联的隔离刀闸QS3处于合位，直流线路电流通过隔离刀闸QS3而不通过交流断路器Q2。
为了顺利检修运行站4而不停运整个柔性直流输电系统，需要进入检修的运行站4采取以下步骤：
1）合直流侧串联的两个隔离刀闸QS1，QS2；
2）合直流侧的交流断路器Q2；
3）分与其并联的隔离刀闸QS3；
4）闭锁需要检修的换流站；
5）分交流侧交流进线开关Q1；
6）分直流侧的交流断路器Q2；
7）分直流侧串联的隔离刀闸QS1，QS2；
8）分汇流母线的隔离刀闸QS4，进入停运状态。
上述步骤8）位于停运状态的换流站需要并入多端柔性直流输电系统运行时，停运的换流站按照以下顺序动作：
11）以STATCOM方式启动；
12）合汇流母线隔离刀闸QS4；
13）控制换流站直流母线电压与线路电压的差值在允许范围内；
14）合直流侧串联隔离刀闸QS1，QS2；
15）暂时性闭锁换流站；
16）合直流侧交流断路器Q2；
17）将停运站运行模式设置成定有功功率和无功功率模式；
18）解锁停运站；
19）合并联隔离刀闸QS3；
20）分直流侧交流断路器Q2；
21）分直流侧串联隔离刀闸QS1，QS2。
本发明的技术特点是兼顾电力系统对检修多端柔性直流输电系统的要求，借助柔性直流输电系统本身的控制特性，利用交流断路器能够切断小电流直流线路的特点，将交流断路器串联在换流站直流侧，起到直流断路器的作用，同时为了保障交流断路器的操作安全和延长交流断路器的使用寿命，在交流断路器两端并联隔离开关，起导通正常运行电流的作用。其实现简单、性能优异、经济可靠，并且技术成熟，可应用于多端柔性直流输电实际工程中。
至此，本发明提出的一种多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法任务全部完成。

Claims (5)

1.一种多端柔性直流输电系统的单站在线隔离和并网的方法，多端柔性直流输电系统包括有四个换流站，其中一个换流站需要检修，每个换流站直流侧包含相互串联的隔离刀闸QS1、QS2有两组，QS1和QS2中间串联交流断路器Q2，QS1与QS2两侧分别并联隔离刀闸QS3，交流侧包括相互串联的交流进线开关Q1、换流变压器，直流线路与汇流母线之间串联隔离刀闸QS4；其特征在于多端柔性直流输电系统及其单站在线隔离和并网的方法包括以下步骤：
1）合直流侧串联的两个隔离刀闸QS1，QS2；
2）合直流侧的交流断路器Q2；
3）分与其并联的隔离刀闸QS3；
4）闭锁需要检修的换流站；
5）分交流侧交流进线开关Q1；
6）分直流侧的交流断路器Q2；
7）分直流侧串联的隔离刀闸QS1，QS2；
8）分汇流母线的隔离刀闸QS4，进入停运状态。
2.根据权利要求1所述的多端柔性直流输电系统的单站在线隔离和并网的方法，其特征在于上述步骤8）位于停运状态的换流站需要并入多端柔性直流输电系统运行时，停运的换流站按照以下顺序动作：
11）以STATCOM方式启动；
12）合汇流母线隔离刀闸QS4；
13）控制换流站直流母线电压与线路电压的差值在允许范围内；
14）合直流侧串联隔离刀闸QS1，QS2；
15）暂时性闭锁换流站；
16）合直流侧交流断路器Q2；
17）将停运站运行模式设置成定有功功率和无功功率模式；
18）解锁停运站；
19）合并联隔离刀闸QS3；
20）分直流侧交流断路器Q2；
21）分直流侧串联隔离刀闸QS1，QS2。
3.根据权利要求2所述的多端柔性直流输电系统的单站在线隔离和并网的方法，其特征在于需要检修多个换流站时，其停运顺序不分先后。
4.根据权利要求2所述的多端柔性直流输电系统的单站在线隔离和并网的方法，其特征在于多端柔性直流输电系统正常运行情况下直流侧串联隔离刀闸QS1、QS2和交流断路器Q2处于分位，能直接检修直流侧串联交流断路器Q2，不需要停运直流线路及换流站。
5.根据权利要求2所述的多端柔性直流输电系统的单站在线隔离和并网的方法，其特征在于该方法通过交流断路器和简单的顺序操作，能够实现传统认为需要直流断路器才能实现的直流线路带电隔离和检修的功能，在不停运整个多端柔性直流输电系统的前提下，实现多端柔性直流系统单个换流站及其直流线路的灵活隔离和检修。
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