CN103647243B - 一种特高压直流工程直流输电线路的融冰方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压直流工程直流输电线路的融冰方法和装置，发送端交流系统连接第一至四换流变压器交流侧，直流侧连接第一至第四换流阀；第五至八换流变压器的直流侧连接第五至八换流阀，交流侧均连接接收端交流系统；第一、第二换流阀阴极并联极1直流线路一端，极1直流线路另一端连接第五和第六换流阀阳极，第一换流阀阳极与第二换流阀阳极、第三换流阀阴极和第四换流阀阴极共地连接；第四换流阀阳极、第三换流阀阴极并联在极2直流线路一端，极2直流线路另一端连接第八、第七换流阀阴极，第五换流阀阴极与第六换流阀阴极、第七换流阀阳极和第八换流阀阳极共地连接；在极1直流线路、极2直流线路两端均连接平波电抗器。

Description

一种特高压直流工程直流输电线路的融冰方法和装置

技术领域

本发明涉及一种直流输电线路的融冰方法和装置，特别是关于一种特高压直流工程直流输电线路的融冰方法和装置。

背景技术

目前，因输电线路结冰和积雪而造成高压输电线断线和倒塔、倒杆的事故时有发生，高压输电线路断线和倒塔事故严重影响了电网的安全运行，造成大面积停电事故。为了防止这类事故的发生，必须及时将导线上的结冰积雪化掉。现有±800千伏及以上的直流电特高压直流工程所使用双极远距离直流输电系统直流线路的融冰方法可分为以下两类：

一类是不改变现有的特高压双极远距离直流输电系统的结构，通过改变双极的直流电压极性为同一极性，使一极功率正送，另一极功率反送，依靠直流线路上流过的电流，利用电流的发热进行融冰，如图1所示，交流系统中的交流电经换流变压器进行电压、电流的变换之后，经过变压后的交流电经过换流阀后，由交流电转换为直流电。交流系统中的交流电经过两次变换后，可以分别在两极的直流线路上产生都大于0的电压，即正极性电压，而换流阀又是一个单向电流导通装置，所以，电流的方向无法改变，这样两极线路上产生的电功率是反向的，由此可以计算出由发送端传输至接收端的电功率应为两极线路上功率的差，这样就可实现两极直流线路上分别输送较大的电功率，而直流输电系统与两端交流系统交换较小的电功率的技术效果，两极上的直流电达到接收端后再经过换流阀和换流变的转换后，由直流电再度变换为交流电，进入接收端的交流系统。同理，也可使两极的直流线路上产生都小于0的电压，即负极性电压，可以产生同样的技术效果。使用此方法进行直流线路融冰时与两端交流系统的功率交换虽然很小，但是此方法流过直流线路的电流无法很大，限制了直流线路发热，因此融冰效果不佳。

另一类则需要改变现有的双极远距离直流输电系统的结构，如图2所示，将同一站双极中的两个高端换流阀通过改变一次接线构成并联电路，使并联后流过直流线路的电流相互叠加增大，利用直流线路的发热，达到融冰的效果。该方法能够产生足以融除直流线路覆冰的电流，但需要与两端交流系统交换较大的功率，在枯水期难以付诸实施。

由上述两种方法可以得到，现有的特高压双极直流输电线路融冰的方法存在着流过直流线路的电流无法满足融冰要求，以及无法输送融冰所要求的电功率的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种有效融化高压输电线上冰雪的特高压直流工程直流输电线路的融冰方法和装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种特高压直流工程直流输电线路的融冰装置，其特征在于：它包括发送端交流系统、第一换流变压器、第二换流变压器、第三换流变压器、第四换流变压器、第五换流变压器、第六换流变压器、第七换流变压器、第八换流变压器、第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀、第四换流阀、第五换流阀、第六换流阀、第七换流阀、第八换流阀、极1直流输电线路、极2直流输电线路、平波电抗器和接收端交流系统；所述发送端交流系统与所述第一换流变压器、第二换流变压器、第三换流变压器和第四换流变压器的交流侧连接，所述第一换流变压器、第二换流变压器、第三换流变压器、第四换流变压器的直流侧分别与所述第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀、第四换流阀连接；所述第五换流变压器、第六换流变压器、第七换流变压器和第八换流变压器的直流侧分别与所述第五换流阀、第六换流阀、第七换流阀和第八换流阀连接，所述第五换流变压器、第六换流变压器、第七换流变压器和第八换流变压器的交流侧均与所述接收端交流系统连接；所述第一换流阀的阴极K端、第二换流阀的阴极K端并联在所述极1直流线路一端，所述极1直流线路另一端连接所述第五换流阀的阳极A端和第六换流阀的阳极A端，所述第一换流阀的阳极A端与所述第二换流阀的阳极A端、所述第三换流阀的阴极K端和所述第四换流阀的阴极K端共地连接；所述第四换流阀的阳极A端、第三换流阀的阳极A端并联在所述极2直流线路一端，所述极2直流线路另一端连接所述第八换流阀的阴极K端和第七换流阀的阴极K端，所述第五换流阀的阴极K端与所述第六换流阀的阴极K端、所述第七换流阀的阳极A端和所述第八换流阀的阳极A端共地连接；在所述极1直流线路上靠近所述第一换流阀及第五换流阀两端处，分别连接有一所述平波电抗器，在所述极2直流线路上靠近所述第四换流阀及第八换流阀两端处，分别连接有一所述平波电抗器。

基于一种特高压直流工程直流输电线路的融冰装置的融冰方法，其包括以下步骤：1）融冰开始；2）第一换流阀6和第二换流阀7第三换流阀8和第四换流阀9构成并联电路；3）选择发送端换流阀输出的电压极性；4）启动融冰保护；5）解锁发送端双极换流阀至最小允许电流；解锁发送端双极换流阀时，其电流指令值应为最小允许电流值，避免因发送端双极换流阀解锁的不同步引起极闭锁；6）增大发送端双极换流阀电流至能够产生良好的融冰效果；7）发送端双极换流阀大电流长时间运行直至极1直流线路18和极2直流线路19上的冰融化完；8）降低发送端双极换流阀电流至最小允许电流值；9）闭锁发送端双极换流阀；10）整个融冰过程结束。

所述步骤3）中，所述发送端换流阀输出电压为正电压时为正极性换流阀，所述发送端换流阀输出电压为负电压时为负极性换流阀。

所述步骤4）中，所述融冰保护包括以下步骤：步骤1：启动融冰保护；步骤2：判断融冰保护是否投入使用，如果融冰保护未投入使用，则不采取任何措施；如果融冰保护投入使用，则执行步骤3；步骤3：判断双极换流阀的直流功率传输方向是否相反，如果方向相同，则不采取任何措施；如果方向相反，则执行步骤4；步骤4：判断本极两个换流阀是否全部停止运行，如果本极两个换流阀均停止运行，则不采取任何措施；如果本极两个换流阀中至少有一个处于运行中，则执行步骤5；步骤5：判断本极两个换流阀是否全部处于运行中，如果仅有一个本极换流阀处于运行中，则执行步骤6；如果两个本极换流阀均处于运行中，则执行步骤7；步骤6：测量本极两个换流阀的输送功率和对极两个换流阀的输送功率，并计算本极换流阀和对极换流阀输送功率差值，如果差值小于所设定的参考值，则不采取任何措施；如果差值大于所设定的参考值，则执行步骤9；步骤7：判断对极两个换流阀是否均停止运行，如果对极两个换流阀未全部停止运行，则不采取任何措施；如果对极两个换流阀均已停止运行，则执行步骤8；步骤8：测量双极换流阀输送率，并计算其差值，如果差值小于所设定的参考值，则不采取任何措施；如果差值大于所设定的参考值，则执行步骤10；步骤9：闭锁双极换流阀；步骤10：闭锁本极换流阀。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过使同一极中的两个换流阀并联，由此实现双极直流线路上的电流为各自极的两个换流器流过电流的和；将双极直流输电线路两极电压极性设置为相同，由此双极可以产生反向的电功率，达到双极直流线路上分别输送较大的电功率，而直流输电系统与两端交流系统交换较小的电功率的目的，使流过直流线路的电流满足融冰要求，以达到输送融冰所要求的电功率。2、本发明在特高压直流线路出现问题或者任一设备出现故障，导致该极直流线路无法正常工作时候，能启动融冰保护程序防止对交流系统带来严重的冲击。本发明适用于特高压直流线路融冰领域。

附图说明

图1是现有技术双极同极性的融冰方法的系统示意图；

图2是现有技术双极高端换流阀并联的融冰方法的系统示意图；

图3是本发明同极换流阀并联，双极换流阀电压均采用正极性时的融冰装置结构示意图；

图4是本发明同极换流阀并联，双极换流阀电压均采用负极性时的融冰装置结构示意图；

图5是本发明的融冰方法流程示意图；

图6是本发明融冰保护工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图3、图4所示，本发明提供一种特高压直流工程直流输电线路的融冰装置，其包括发送端交流系统1、第一换流变压器2、第二换流变压器3、第三换流变压器4、第四换流变压器5、第一换流阀6、第二换流阀7、第三换流阀8、第四换流阀9、第五换流变压器10、第六换流变压器11、第七换流变压器12、第八换流变压器13、第五换流阀14、第六换流阀15、第七换流阀16、第八换流阀17、极1直流输电线路18、极2直流输电线路19、平波电抗器20和接收端交流系统21。其中，当极1直流输电线路18两端的电压Ud1>0，极2直流输电线路19两端的电压Ud2>0时，本发明的融冰装置为正极性电路（如图3所示）；当极1直流输电线路18两端的电压Ud1<0，极2直流输电线路19两端的电压Ud2<0时，本发明的融冰装置为负极性电路（如图4所示）。正极性电路与负极性电路结构及原理均相同，以其中一个为例对本发明做进一步的介绍。

发送端交流系统1与第一换流变压器2、第二换流变压器3、第三换流变压器4和第四换流变压器5的交流侧连接，第一换流变压器2、第二换流变压器3、第三换流变压器4、第四换流变压器5的直流侧分别和第一换流阀6、第二换流阀7、第三换流阀8、第四换流阀9连接。第五换流变压器10、第六换流变压器11、第七换流变压器12和第八换流变压器13的直流侧分别与第五换流阀14、第六换流阀15、第七换流阀16和第八换流阀17连接，第五换流变压器10、第六换流变压器11、第七换流变压器12和第八换流变压器13的交流侧均与接收端交流系统21连接。第一换流阀6的阴极K端、第二换流阀7的阴极K端并联在经极1直流线路18一端，极1直流线路18另一端连接第五换流阀14的阳极A端和第六换流阀15的阳极A端，第一换流阀6的阳极A端与第二换流阀7的阳极A端、第三换流阀8的阴极K端和第四换流阀9的阴极K端共地连接。第四换流阀9的阳极A端、第三换流阀8的阳极A端并联在极2直流线路19一端，极2直流线路19另一端连接第八换流阀17的阴极K端和第七换流阀16的阴极K端，第五换流阀14的阴极K端与第六换流阀15的阴极K端、第七换流阀16的阳极A端和第八换流阀17的阳极A端共地连接。在极1直流线路18上靠近第一换流阀6及第五换流阀14两端处，分别连接有一平波电抗器20，在极2直流线路19上靠近第四换流阀9及第八换流阀17两端处，分别连接有平波电抗器20。上述实施例中，第一换流阀6和第二换流阀7是同极换流阀，都属于发送端极1换流阀，第三换流阀8和第四换流阀9是同极换流阀，都属于发送端极2换流阀，发送端极1换流阀和发送端极2换流阀构成了发送端换流阀。第五换流阀14和第六换流阀15是同极换流阀，都属于接收端极1换流阀，第七换流阀16和第八换流阀17是同极换流阀，都属于接收端极2换流阀，接收端极1换流阀和接收端极2换流阀构成了接收端换流阀。极1直流输电线路18和极2直流输电线路19构成双极直流输电线路。发送端极1换流阀和发送端极2换流阀互为对方的本极或对极，同理，接收端极1换流阀和接收端极2换流阀互为对方的本极或对极。上述所有换流阀的输出电压极性是一致的，可以同时输出正极性电压或者同时输出负极性电压（如图3、图4所示）。

如图5所示，以发送端极1换流阀和极2换流阀为例，且以发送端极1换流阀为本极，以发送端极2为对极，发送端极1换流阀和发送端极2换流阀构成了双极换流阀，本发明直流工程直流输电线路系统的融冰方法包括如下步骤

1）融冰开始；

2）第一换流阀6和第二换流阀7第三换流阀8和第四换流阀9构成并联电路；

3）选择发送端换流阀输出的电压极性；

4）启动融冰保护；

5）解锁发送端双极换流阀至最小允许电流；

解锁发送端双极换流阀时，其电流指令值应为最小允许电流值，避免因发送端双极换流阀解锁的不同步引起极闭锁；

6）增大发送端双极换流阀电流至能够产生良好的融冰效果；

7）发送端双极换流阀大电流长时间运行直至极1直流线路18和极2直流线路19上的冰融化完；

8）降低发送端双极换流阀电流至最小允许电流值；

9）闭锁发送端双极换流阀；

10）整个融冰过程结束。

在所述步骤3）中，如图3所示，发送端交流系统1中的交流电经过发送端换流阀后，由交流电转换为直流电，当直流电电压大于0的时候，为正极性电压，而换流阀又是一个单向电流导通装置，所以，电流的方向无法改变，这样双极直流线路上产生的电功率是反向的，计算出由发送端输往接收端的电功率应为双极线路上功率的差，实现双极直流线路上分别输送较大的电功率，而直流输电系统与两端交流系统交换较小的电功率的技术效果，发送端双极换流阀上的直流电达到接收端后再经过换流阀和换流变的转换后，由直流电再度变换为交流电，进入接收端交流系统21。同理，如图4所示，也可使双极的直流线路上产生都小于0的电压，即负极性电压，能产生同样的技术效果。

在所述步骤4）中，如图6所示，融冰保护具体包括如下步骤：

步骤1：启动融冰保护；

步骤2：判断融冰保护是否投入使用，如果融冰保护未投入使用，则不采取任何措施；如果融冰保护投入使用，则执行步骤3；

步骤3：判断双极换流阀的直流功率传输方向是否相反，如果方向相同，则不采取任何措施；如果方向相反，则执行步骤4；

步骤4：判断本极两个换流阀是否全部停止运行，如果本极两个换流阀均停止运行，则不采取任何措施；如果本极两个换流阀中至少有一个处于运行中，则执行步骤5；

步骤5：判断本极两个换流阀是否全部处于运行中，如果仅有一个本极换流阀处于运行中，则执行步骤6；如果两个本极换流阀均处于运行中，则执行步骤7；

步骤6：测量本极两个换流阀的输送功率和对极两个换流阀的输送功率，并计算本极换流阀和对极换流阀输送功率差值，如果差值小于所设定的参考值，则不采取任何措施；如果差值大于所设定的参考值，则执行步骤9；

步骤7：判断对极两个换流阀是否均停止运行，如果对极两个换流阀未全部停止运行，则不采取任何措施；如果对极两个换流阀均已停止运行，则执行步骤8；

步骤8：测量双极换流阀输送率，并计算其差值，如果差值小于所设定的参考值，则不采取任何措施；如果差值大于所设定的参考值，则执行步骤10；

步骤9：闭锁双极换流阀；

步骤10：闭锁本极换流阀。

步骤1至9所涉及的融冰保护方法贯穿于整个融冰过程，对融冰过程进行实时监控，防止融冰过程中由于某一换流阀、或某一极的闭锁而造成交流系统的损坏。上述步骤适用于发送端换流阀和接收端换流阀中的任一换流阀。当融冰过程顺利进行时，直流输电系统与两端交流系统交换的功率很小，但如果直流输电系统的任何一极因为某种原因闭锁，例如：线路出现问题或者该极线路上的任一设备出现故障，导致该极直流线路无法正常工作，那么整个直流输电系统与两端交流系统交换的功率将非常大，此时启动融冰保护程序能够防止对交流系统带来严重的冲击。

综上所述，本发明通过使同一极中的两个换流阀并联，由此实现双极直流线路上的电流为各自极的两个换流器流过电流的和；将双极直流输电线路两极电压极性设置为相同，由此双极可以产生反向的电功率，达到双极直流线路上分别输送较大的电功率，而直流输电系统与两端交流系统交换较小的电功率的目的。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种特高压直流工程直流输电线路的融冰装置，其特征在于：它包括发送端交流系统、第一换流变压器、第二换流变压器、第三换流变压器、第四换流变压器、第五换流变压器、第六换流变压器、第七换流变压器、第八换流变压器、第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀、第四换流阀、第五换流阀、第六换流阀、第七换流阀、第八换流阀、极1直流输电线路、极2直流输电线路、平波电抗器和接收端交流系统；

所述发送端交流系统与所述第一换流变压器、第二换流变压器、第三换流变压器和第四换流变压器的交流侧连接，所述第一换流变压器、第二换流变压器、第三换流变压器、第四换流变压器的直流侧分别与所述第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀、第四换流阀连接；所述第五换流变压器、第六换流变压器、第七换流变压器和第八换流变压器的直流侧分别与所述第五换流阀、第六换流阀、第七换流阀和第八换流阀连接，所述第五换流变压器、第六换流变压器、第七换流变压器和第八换流变压器的交流侧均与所述接收端交流系统连接；所述第一换流阀的阴极K端、第二换流阀的阴极K端并联在所述极1直流输电线路一端，所述极1直流输电线路另一端连接所述第五换流阀的阳极A端和第六换流阀的阳极A端，所述第一换流阀的阳极A端与所述第二换流阀的阳极A端、所述第三换流阀的阴极K端和所述第四换流阀的阴极K端共地连接；所述第四换流阀的阳极A端、第三换流阀的阳极A端并联在所述极2直流输电线路一端，所述极2直流输电线路另一端连接所述第八换流阀的阴极K端和第七换流阀的阴极K端，所述第五换流阀的阴极K端与所述第六换流阀的阴极K端、所述第七换流阀的阳极A端和所述第八换流阀的阳极A端共地连接；在所述极1直流输电线路上靠近所述第一换流阀及第五换流阀两端处，分别连接有一所述平波电抗器，在所述极2直流输电线路上靠近所述第四换流阀及第八换流阀两端处，分别连接有一所述平波电抗器。

2.如权利要求1所述的一种特高压直流工程直流输电线路的融冰装置的融冰方法，所述第一换流阀和第二换流阀是同极换流阀，都属于发送端极1换流阀，所述第三换流阀和第四换流阀是同极换流阀，都属于发送端极2换流阀，所述发送端极1换流阀和发送端极2换流阀构成了发送端换流阀；所述第五换流阀和第六换流阀是同极换流阀，都属于接收端极1换流阀，所述第七换流阀和第八换流阀是同极换流阀，都属于接收端极2换流阀，所述接收端极1换流阀和接收端极2换流阀构成了接收端换流阀；发送端极1换流阀和发送端极2换流阀互为对方的本极或对极，接收端极1换流阀和接收端极2换流阀互为对方的本极或对极，构成双极换流阀，其包括以下步骤：

1)融冰开始；

2)将发送端极1换流阀和发送端极2换流阀内的所有流阀构成并联电路；

3)选择发送端换流阀输出的电压极性；

4)启动融冰保护；

5)解锁发送端双极换流阀至最小允许电流；

解锁发送端双极换流阀时，其电流指令值应为最小允许电流值；

6)增大发送端双极换流阀电流至能够产生良好的融冰效果；

7)发送端双极换流阀大电流长时间运行直至极1直流输电线路和极2直流输电线路上的冰融化完；

8)降低发送端双极换流阀电流至最小允许电流值；

9)闭锁发送端双极换流阀；

10)整个融冰过程结束。

3.如权利要求2所述的一种特高压直流工程直流输电线路的融冰方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述发送端换流阀输出电压为正电压时为正极性换流阀。

4.如权利要求2所述的一种特高压直流工程直流输电线路的融冰方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述发送端换流阀输出电压为负电压时为负极性换流阀。

5.如权利要求2或3或4所述的一种特高压直流工程直流输电线路的融冰方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述融冰保护包括以下步骤：

步骤1：启动融冰保护；

步骤2：判断融冰保护是否投入使用，如果融冰保护未投入使用，则不采取任何措施；如果融冰保护投入使用，则执行步骤3；

步骤3：判断双极换流阀的直流功率传输方向是否相反，如果方向相同，则不采取任何措施；如果方向相反，则执行步骤4；

步骤4：判断本极两个换流阀是否全部停止运行，如果本极两个换流阀均停止运行，则不采取任何措施；如果本极两个换流阀中至少有一个处于运行中，则执行步骤5；

步骤5：判断本极两个换流阀是否全部处于运行中，如果仅有一个本极换流阀处于运行中，则执行步骤6；如果两个本极换流阀均处于运行中，则执行步骤7；

步骤6：测量本极两个换流阀的输送功率和对极两个换流阀的输送功率，并计算本极换流阀和对极换流阀输送功率差值，如果差值小于所设定的参考值，则不采取任何措施；如果差值大于所设定的参考值，则执行步骤9；

步骤7：判断对极两个换流阀是否均停止运行，如果对极两个换流阀未全部停止运行，则不采取任何措施；如果对极两个换流阀均已停止运行，则执行步骤8；

步骤8：测量双极换流阀输送率，并计算其差值，如果差值小于所设定的参考值，则不采取任何措施；如果差值大于所设定的参考值，则执行步骤10；

步骤9：闭锁双极换流阀；

步骤10：闭锁本极换流阀。