CN103618330A - 一种使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法 - Google Patents

一种使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明是在正常运行的多端柔性直流输电系统中，通过直流隔离开关在线接入其余端的方法，属于多端柔直输电系统带电接入的方法。该方法采用定直流电压模式控制待接入端的直流电压，使隔刀两侧的电压差在允许闭合范围内，并进行刀闸闭合。在闭合的过程中，当直流刀闸开始燃弧时，换流器检测到直流电流超过阈值则自动闭锁换流阀。刀闸闭合完成后，待接入端在定有功和无功功率控制模式下解锁换流阀。该方法既保证了换流阀不受合闸电流冲击，同时避免了换流阀在闭锁后因模块电容电压衰减导致电压差过大而刀闸无法闭合的情况。本发明使用较经济的隔离开关代替直流断路器，适用于一个或多个停运站再并列，对多端柔直系统中换流站的带电接入具有指导意义。

Description

一种使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法
技术领域
本发明是一种多端柔直输电系统在不停电的情况下，使用隔离开关带电接入其余端的方法，属于多端柔性直流输电系统带电接入方法。
背景技术  
柔直系统中单换流站的主接线图如图2所示，由交流断路器，换流变压器，充电电阻，旁路开关，换流阀，直流隔刀和直流线路组成。其启动过程主要包括以下几个阶段：经过充电电阻，利用交流系统电压对换流器子模块电容充电；通过定直流电压和有功功率（有功功率目标值=0）来抬升直流母线电压至额定直流电压值；对换流站解锁，并按照相应控制模式提升功率。
多端柔直系统包括一个主换流站和多个从换流站。以图3（直流接线）及图4（交流接线）所示的四端系统为例，在正常运行模式下（换流站A、B、D运行在三端模式），主换流站A采取定直流电压控制模式，以维持直流系统中的直流电压稳定，而从换流站B、D可根据其所连接的交流类型选择相应控制模式。例如，当连接的交流系统为有源系统时，可采用定有功功率和无功功率控制模式（PQ模式）等；当连接的交流系统为无源系统时，则可以选取相应的无源控制模式，如定交流电压和交流系统频率（VF模式）等。在多端柔直系统运行中进行换流站C带电接入时，应保持原有系统运行不受影响，同时C站在接入后应调整到有源控制模式下。
发明内容
本发明的目的是：在多端柔直系统正常运行的状态下，带电接入其余端，而不使系统进行停电再投运。
本发明的技术方案是：本发明使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法，其中多端柔性直流输电系统的换流站包括交流断路器CB、换流变压器、充电电阻、旁路开关、换流阀、直流隔刀、直流线路，使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法包括以下步骤: 
1）现有系统保持正常运行状态，待接入端与柔直系统隔离； 
2）合上待接入端的交流断路器CB，通过充电电阻给待接入端充电，充电到合适值后，合上充电电阻的旁路开关；
3）跟踪汇流母线的直流电压值                                               
Figure 2013106093240100002DEST_PATH_IMAGE002
；
4）解锁待接入端运行在STATCOM模式，采用定电压控制方式给待接入端充电，使直流隔刀阀侧的电压
Figure 2013106093240100002DEST_PATH_IMAGE004
与
Figure 184748DEST_PATH_IMAGE002
相近；
5）操作待接入端和运行系统之间的隔刀至合闸状态，并检测直流极电流；当直流电流
Figure 2013106093240100002DEST_PATH_IMAGE006
超过阈值时，自动闭锁换流阀；
6）在检测到直流正负极隔离刀闸闭合后，将待接入端的运行模式从STATCOM切换到定有功功率和无功功率模式，并解锁换流阀；
7）多端柔直系统转入稳态运行，换流站在线并列流程完毕。
本发明使用相对廉价的隔离开关而非直流断路器、负荷开关实现多端柔性直流输电系统的带电接入。
本发明待并列站先由交流侧充电启动至STATCOM运行模式，即定直流电压和无功功率，并由STATCOM提供无功补偿，并控制直流电压与汇流母线的直流电压测量值相同。
本发明在直流隔刀闭合的过程中，对直流极电流进行检测，在其超过阈值时立即闭锁换流阀；当刀闸闭合完成后，待接入端切换至定有功功率和无功功率控制模式，并对该端解锁。
本发明在带电接入换流站时，采用了相对廉价的隔离开关刀闸代替直流断路器。隔离开关一般用于隔离电路中的有电和无电部分，因其无灭弧能力，当切断较大电流时，隔离开关的刀片与刀嘴间的电弧会导致空气击穿；而在带电闭合时，若产生的浪涌电流超过开关可承载的额定电流，则会对刀闸及与其相连的换流阀造成过流冲击。因此，隔离开关通常在断路器断开电路后配合使用。但是，隔离开关也有一定的自然灭弧能力，故而可以开、合较小负荷电流或电容电流的设备或电路。由于目前直流断路器技术尚不成熟，因此可通过控制隔离开关两侧的电压差，在无直流断路器的情况下带电闭合刀闸，来实现多端柔直系统中的换流站带电接入。
因考虑到保护换流阀在隔刀合闸的瞬间不受合闸电流的冲击，所以换流阀进行闭锁，但因换流阀闭锁后的模块电容。
本发明的技术特点是：通过控制直流隔刀两侧的电压差进行刀闸带电闭合，实现待接入端在线并列而不影响原有系统运作。同时，在隔离开关合闸过程中，当检测到的直流电压超过阈值时，自动闭锁换流阀。该方法即保证了换流阀不受合闸电流冲击，又解决了电容电压在闭锁后因放电导致刀闸两侧电压差过大而无法闭合的问题。
本发明的有益效果是：采用该方法能够经济有效的实现多端柔直系统中的换流站接入。尤其在直流断路器技术尚不成熟的情况下，该方法具有实现简单、性能稳定、经济性强等特点，可应用于多端柔直输电系统换流站再并列。
附图说明
图1为在线并列换流站的流程框图；
图2为单个换流站主接线图；
图3为换流站直流接线示意图；
图4为换流站交流接线示意图。
具体实施方式
在多端柔直系统正常运行的状态下，待接入端可以从直流侧并网运行。待接入端在线并列需要带电闭合直流隔离开关，但带电闭合刀闸的直流压差允许范围非常小。为满足带电闭合直流隔刀的直流压差要求，需要待接入端能够控制本地直流电压并跟踪运行线路的直流电压，因此待接入端的交流侧必须与交流电网相连或与其他换流器交流侧相连。
如果在待接入端启动过程中任何环节出现异常，则立即闭锁本换流站，断开本站流断路器，终止本次并列；如果在待接入站并列过程完毕前，检测到已投入运行的换流站中任一站出现异常，则进行系统紧急停运。 
以图3及图4所示的四端柔直系统为例，本发明方法的具体接入方案包括以下步骤：
1）现有系统保持正常运行状态，包含主换流站A，工作在定直流电压和无功功率控制模式，从换流站B和D分别工作在PQ模式和VF模式(定交流电压和频率)，与待接入换流站C（停运模式）之间存在系统隔离。
2）C站启动至热备用状态，闭合其交流断路器，经过充电电阻对该换流站进行充电。在直流线电压达到交流线电压峰值后，充电完成，闭合充电电阻的旁路开关。
3）跟踪直流隔刀网侧汇流母线的直流电压值
Figure 934093DEST_PATH_IMAGE002
，如图3所示。
4）对C站进行换流阀解锁并运行在STATCOM模式。采用定直流电压控制方式抬升C站直流电压
Figure 383660DEST_PATH_IMAGE004
至
Figure 192216DEST_PATH_IMAGE002
，确保隔刀两侧的电压差在允许合闸的范围内。
5）操作待接入端和运行系统之间的隔刀至合闸状态，并在其闭合过程中检测直流电流
Figure 422340DEST_PATH_IMAGE006
。当
Figure 902607DEST_PATH_IMAGE006
超过预设阈值时，立即自动进行换流阀闭锁操作。
6）当检测到直流正负极隔离刀闸闭合后，将换待接入端的运行模式从STATCOM切换到PQ模式，并解锁换流阀。
7）多端柔直系统转入稳态运行，换流站在线并列流程完毕。

Claims (4)

1.一种使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法，其中多端柔性直流输电系统的换流站包括交流断路器CB、换流变压器、充电电阻、旁路开关、换流阀、直流隔刀、直流线路，其特征在于使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法包括以下步骤: 
1）现有系统保持正常运行状态，待接入端与柔直系统隔离； 
2）合上待接入端的交流断路器CB，通过充电电阻给待接入端充电，充电到合适值后，合上充电电阻的旁路开关；
3）跟踪汇流母线的直流电压值                                               
Figure 2013106093240100001DEST_PATH_IMAGE002
；
4）解锁待接入端运行在STATCOM模式，采用定电压控制方式给待接入端充电，使直流隔刀阀侧的电压
Figure 2013106093240100001DEST_PATH_IMAGE004
与
Figure 325709DEST_PATH_IMAGE002
相近；
5）操作待接入端和运行系统之间的隔刀至合闸状态，并检测直流极电流；当直流电流
Figure 2013106093240100001DEST_PATH_IMAGE006
超过阈值时，自动闭锁换流阀；
6）在检测到直流正负极隔离刀闸闭合后，将待接入端的运行模式从STATCOM切换到定有功功率和无功功率模式，并解锁换流阀；
7）多端柔直系统转入稳态运行，换流站在线并列流程完毕。
2.根据权利要求1所述的使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法，其特征在于使用相对廉价的隔离开关而非直流断路器、负荷开关实现多端柔性直流输电系统的带电接入。
3.根据权利要求1所述的使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法，其特征在于待并列站先由交流侧充电启动至STATCOM运行模式，即定直流电压和无功功率，并由STATCOM提供无功补偿，并控制直流电压与汇流母线的直流电压测量值相同。
4.根据权利要求1所述的使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法，其特征在于在直流隔刀闭合的过程中，对直流极电流进行检测，在其超过阈值时立即闭锁换流阀；当刀闸闭合完成后，待接入端切换至定有功功率和无功功率控制模式，并对该端解锁。
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