CN103762612A - 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

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。是一种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停运站的方法。该方法通过控制隔离开关阀侧的直流电压，使其达到刀闸网侧电压和换流阀闭锁后电压衰减量的代数和，同时不超过换流阀模块电压允许的最大值。刀闸合闸过程中，在计算的时间点闭锁换流阀，使换流阀电容电压在刀闸闭合瞬间恰好衰减至近似网侧电压，确保刀闸不因两侧电压差过大而无法闭合。闭合后，待接入端在定有功和无功功率控制模式下解锁。本方法既保证了换流阀不受合闸电流冲击，同时解决了闭锁后模块电容电压放电过快的问题，具备便于操作，运行稳定的特点。

Description

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多端柔性直流输电系统的方法，属于多端柔性直流输电系统带电接入方法的创新技术。
背景技术  
柔直系统中单换流站的主接线图如图4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。以一个四端系统为例，直流接线如图5所示，交流接线如图6所示，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
本发明的目的是提供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，本发明在多端柔性直流输电系统正常运行的状态下，带电接入多端柔性直流输电系统余端，而不使系统进行停电再投运。使用特定的方案操作待接入端，实现在现有系统不停电情况下使用隔离开关接入其余端，
本发明的技术方案是：本发明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DS、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，待接入端与柔性直流输电系统隔离； 
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 236866DEST_PATH_IMAGE001
,并计算待接入端直流电压的抬升目标值；
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，使换流站的直流电压
Figure 456517DEST_PATH_IMAGE002
升至；
5）操作待接入端和运行系统之间的直流隔刀DS至合闸状态，在刀闸闭合过程中，
Figure 467253DEST_PATH_IMAGE002
从下发直流隔刀DS闭合指令至换流阀闭锁前维持在
Figure 609652DEST_PATH_IMAGE003
，并在换流阀闭锁，即刀闸燃弧前至刀闸完全闭合的过程中进行模块电容电压放电，使得刀闸闭合瞬间，
Figure 857487DEST_PATH_IMAGE002
恰好放电至
Figure 588683DEST_PATH_IMAGE004
，避免因刀闸两侧电压差过大导致无法闭合；
6）当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。
本发明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。
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，将直流电压控制在略高于汇流母线直流电压的水平，留有一定裕量用于抵消换流阀闭锁后模块的电容电压衰减。
本发明估算换流阀闭锁时间，在刀闸闭合过程中进行闭锁操作，使得直流刀闸在合闸瞬间两侧的电压大致相等。
本发明在待接入端换流阀解锁前切换其控制模式至PQ模式，即定有功功率和无功功率模式。
上述步骤3）中，计算待接入端直流电压
Figure 722992DEST_PATH_IMAGE002
的抬升目标值
Figure 523327DEST_PATH_IMAGE003
的方法是：
Figure 401284DEST_PATH_IMAGE003
应高于
Figure 986986DEST_PATH_IMAGE004
，留有一定裕量用于抵消换流阀闭锁后电容电压的衰减量
Figure 465765DEST_PATH_IMAGE005
，即；其中换流阀闭锁
Figure 185777DEST_PATH_IMAGE007
秒后
Figure 937570DEST_PATH_IMAGE005
的值根据模块电容等效放电电路及下式中电容电压和换流阀闭锁时间
Figure 877024DEST_PATH_IMAGE009
的关系计算得出；而选取的
Figure 547651DEST_PATH_IMAGE007
和相应
Figure 107945DEST_PATH_IMAGE003
应满足：i)
Figure 427062DEST_PATH_IMAGE007
大于隔刀闭合过程中从开始燃弧
Figure 705597DEST_PATH_IMAGE010
到完全闭合
Figure 899686DEST_PATH_IMAGE011
的时间间隔；ii)以及其对应的各模块电容电压小于直流电压允许最大值/保护阈值，
Figure 866822DEST_PATH_IMAGE012
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为模块电容,
Figure 681588DEST_PATH_IMAGE014
为放电电阻，
Figure 915254DEST_PATH_IMAGE015
为模块内取能元件功率。
本发明在带电接入换流站时，采用了相对廉价的直流隔刀代替直流断路器。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。
本发明的技术特点是：通过控制直流隔刀的阀侧直流电压，使其达到刀闸网侧电压和换流阀闭锁后电压衰减量的代数和，同时不超过最高允许电压值。在隔离开关合闸过程中，按照计算的时间点闭锁换流阀，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放电过快导致刀闸无法闭合的问题。
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为模块电容等效放电电路；
图3为模块电容电压在隔刀闭合期间的变化图；
图4为单个换流站主接线图；
图5为换流站直流接线示意图；
图6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5及图6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）跟踪汇流母线的直流电压值
Figure 450141DEST_PATH_IMAGE017
,并计算C站直流电压
Figure 875175DEST_PATH_IMAGE002
的抬升目标值。
Figure 900080DEST_PATH_IMAGE003
应略高于
Figure 23894DEST_PATH_IMAGE004
，留有一定裕量用于抵消换流阀闭锁后电容电压的衰减量
Figure 888338DEST_PATH_IMAGE005
，即
Figure 97602DEST_PATH_IMAGE006
。其中换流阀闭锁
Figure 673071DEST_PATH_IMAGE007
秒后的电压衰减量
Figure 182550DEST_PATH_IMAGE005
可根据图2中模块电容等效放电电路及下式中电容电压
Figure 11703DEST_PATH_IMAGE008
和换流阀闭锁时长
Figure 724576DEST_PATH_IMAGE009
的关系计算得出，选取的
Figure 87424DEST_PATH_IMAGE007
和相应可根据实际情况决定，但应满足：i)
Figure 126497DEST_PATH_IMAGE007
大于隔刀闭合过程中从开始燃弧
Figure 388983DEST_PATH_IMAGE010
到完全闭合
Figure 804789DEST_PATH_IMAGE011
的时间间隔,即换流阀在刀闸燃弧前闭锁，避免换流阀受到合闸电流的冲击；ii)
Figure 288860DEST_PATH_IMAGE003
以及其对应的各模块电容电压小于直流电压允许最大值/保护阈值。
Figure 633385DEST_PATH_IMAGE012
其中：为模块电容,
Figure 780826DEST_PATH_IMAGE014
为放电电阻，
Figure 588245DEST_PATH_IMAGE015
为模块内取能元件功率。
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给C站充电，使其直流电压
Figure 369250DEST_PATH_IMAGE002
达到目标之。
5）操作待接入端和运行系统之间的隔刀DS至合闸状态。在刀闸闭合过程中，
Figure 550887DEST_PATH_IMAGE002
从下发隔刀闭合指令(
Figure 9551DEST_PATH_IMAGE018
)至换流阀闭锁
Figure 695878DEST_PATH_IMAGE019
前维持在
Figure 76044DEST_PATH_IMAGE003
，并在换流阀闭锁（刀闸燃弧前）至刀闸完全闭合(
Figure 905853DEST_PATH_IMAGE020
)的过程中进行模块电容电压放电，如图3所示，使得刀闸闭合瞬间，
Figure 766493DEST_PATH_IMAGE002
恰好放电至
Figure 138568DEST_PATH_IMAGE004
，避免因刀闸两侧电压差过大导致无法闭合。
6）当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 (6)

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DS、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，待接入端与柔性直流输电系统隔离； 
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 501383DEST_PATH_IMAGE001
,并计算待接入端直流电压
Figure 472882DEST_PATH_IMAGE002
的抬升目标值
Figure 385535DEST_PATH_IMAGE003
；
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，使换流站的直流电压
Figure 126090DEST_PATH_IMAGE002
升至
Figure 327264DEST_PATH_IMAGE003
；
5）操作待接入端和运行系统之间的直流隔刀DS至合闸状态，在刀闸闭合过程中，
Figure 222276DEST_PATH_IMAGE002
从下发直流隔刀DS闭合指令至换流阀闭锁前维持在，并在换流阀闭锁，即刀闸燃弧前至刀闸完全闭合的过程中进行模块电容电压放电，使得刀闸闭合瞬间，
Figure 332632DEST_PATH_IMAGE002
恰好放电至
Figure 704707DEST_PATH_IMAGE004
，避免因刀闸两侧电压差过大导致无法闭合；
6）当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。
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，将直流电压控制在略高于汇流母线直流电压的水平，留有一定裕量用于抵消换流阀闭锁后模块的电容电压衰减。
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，其特征在于估算换流阀闭锁时间，在刀闸闭合过程中进行闭锁操作，使得直流刀闸在合闸瞬间两侧的电压大致相等。
5.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，其特征在于在待接入端换流阀解锁前切换其控制模式至PQ模式，即定有功功率和无功功率模式。
6.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，其特征在于上述步骤3）中，计算待接入端直流电压
Figure 89946DEST_PATH_IMAGE002
的抬升目标值
Figure 205669DEST_PATH_IMAGE003
的方法是：
Figure 858499DEST_PATH_IMAGE003
应高于，留有一定裕量用于抵消换流阀闭锁后电容电压的衰减量
Figure 5501DEST_PATH_IMAGE005
，即
Figure 924915DEST_PATH_IMAGE006
；其中换流阀闭锁
Figure 494568DEST_PATH_IMAGE007
秒后
Figure 460643DEST_PATH_IMAGE005
的值根据模块电容等效放电电路及下式中电容电压
Figure 568277DEST_PATH_IMAGE008
和换流阀闭锁时间
Figure 776535DEST_PATH_IMAGE009
的关系计算得出；而选取的
Figure 699230DEST_PATH_IMAGE007
和相应
Figure 849588DEST_PATH_IMAGE003
应满足：i)大于隔刀闭合过程中从开始燃弧到完全闭合
Figure 908702DEST_PATH_IMAGE011
的时间间隔；ii)
Figure 43011DEST_PATH_IMAGE003
以及其对应的各模块电容电压小于直流电压允许最大值/保护阈值，
其中：
Figure 908253DEST_PATH_IMAGE014
为模块电容,
Figure 493956DEST_PATH_IMAGE015
为放电电阻，
Figure 736849DEST_PATH_IMAGE016
为模块内取能元件功率。
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