CN103956763A - 柔性直流换流站 - Google Patents

Abstract

一种柔性直流换流站，包括交直流配电装置和用于布置所述交直流配电装置的交直流配电装置室，所述交直流配电装置室包括层叠设置的第一室体和第二室体，所述交直流配电装置包括交流GIS配电装置单元、联接变压器单元、启动回路及阀电抗器单元、换流阀单元和直流场单元；全户内柔性直流换流站功能分区明确、合理，运行和维护方便，最大限度的利用了空间，提高了土地使用率，节约占地。换流站所有设备设置于户内，在满足安全、可靠的基础上，有效降低了外界环境对电气设备的影响，提高了电气设备的换流站的可靠性和安全性，降低了电气设备的制造难度，节约了成本。

Description

柔性直流换流站

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统技术领域，特别是涉及一种柔性直流换流站。

背景技术

柔性直流输电（VSC-HVDC）技术是一种以电压源换流器（VSC）、可控关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型直流输电技术。与传统直流输电相比，具有控制灵活方便、提高系统稳定性，增加系统动态无功储备，改善电能质量、节约建设用地等技术优势，适用于可再生能源并网、非同步互联、城市电网供电等多方面。

直流换流站是直流输电技术领域最主要的组成部分，由于直流换流站的主要电气设备较常规的直流输电有较大不同，因此柔性直流输电技术与常规直流输电技术最根本的区别在于换流站的差异。直流输电工程中的换流站不仅与交流电工程中的变电站有相同的工频电磁场，还有直流设备产生的合成场强，例如：接口变压器、电抗器、阀体等，在运行过程中产生干扰综合而成。而换流站的电气平面布置不同，直接影响变电站的综合干扰水平。

一般地，常规直流换流站的主要电气设备数量相对较多、外形尺寸相对较大，大部分电气设备布置混杂，造成运行和维护不便。

发明内容

基于此，有必要针对直流换流站电气布置于室外、电气布置混杂，造成运行和维护不便的问题，提供一种柔性直流换流站。

一种柔性直流换流站，包括交直流配电装置和用于布置所述交直流配电装置的交直流配电装置室，所述交直流配电装置室包括层叠设置的第一室体和第二室体，所述交直流配电装置包括交流GIS配电装置单元、联接变压器单元、启动回路及阀电抗器单元、换流阀单元和直流场单元；

所述交流GIS配电装置单元、联接变压器单元、启动回路及阀电抗器单元布置于所述第一室体，所述换流阀单元和直流场单元布置于所述第二室体，所述联接变压器单元设置于所述第一室体中部，所述交流GIS配电装置单元和启动回路及阀电抗器单元依次设置于所述联接变压器单元两侧，所述交流GIS配电装置单元和启动回路及阀电抗器单元通过联接变压器单元连接，所述换流阀单元与所述启动回路及阀电抗器单元连接，所述直流场单元与所述换流阀单元连接。

在其中一实施例中，所述交流GIS配电装置单元包括与电缆终端连接的三相一体GIS，所述三相一体GIS通过GIS套管穿墙引连于所述联接变压器单元。

在其中一实施例中，所述联接变压器单元包括联接变压器和与地线连接的中性点接地电阻，所述联接变压器一端与所述交流GIS配电装置单元连接，另一端与所述启动回路及阀电抗器单元连接，所述中性点接地电阻与所述联接变压器连接。

在其中一实施例中，所述联接变压器包括变压器本体和布置于户外的散热器，所述变压器本体与散热器分体布置连接，所述变压器本体一端与所述交流GIS配电装置单元连接，另一端与所述启动回路及阀电抗单元连接。

在其中一实施例中，所述启动回路及阀电抗器单元包括启动回路、阀电抗器和连接设备，所述启动回路一端与所述联接变压器单元连接，另一端与所述阀电抗器连接，所述阀电抗器通过所述连接设备与所述换流阀单元连接。

在其中一实施例中，所述启动回路包括HGIS高压开关设备、电压互感器和启动电阻，所述HGIS高压开关设备与所述联接变压器单元连接，并接入所述阀电抗器，所述电压互感器与所述启动电阻均并联接入于所述HGIS高压开关设备。

在其中一实施例中，所述阀电抗器每相配置两台，对称布置，并分别通过所述连接设备与所述换流阀单元连接。

在其中一实施例中，所述换流阀单元包括模块化多电平型换流器，所述模块化多电平型换流器与所述启动回路及阀电抗器单元连接，并与所述直流场单元连接。

在其中一实施例中，所述直流场单元设置于所述换流阀单元一侧，并通过软导线与所述换流阀单元连接，所述直流场单元的设备按极对称分布，排成两列。

上述柔性直流换流站，交流GIS配电装置单元、联接变压器单元和启动回路及阀电抗器单元设置于第一室体相对应的设备室内，换流阀单元和直流场单元设置于第二室体，联接变压器单元设置于第一室体的中部，交流GIS配电装置单元和启动回路及阀电抗器单元设置于联接变压器两侧，直流场单元紧靠设置于换流阀单元一侧。

如此，柔性直流换流站的设备合理布置于交直流配电装置室，分区明确、合理，运行和维护方便，在满足安全性、可靠性的基础上，最大限度的利用了空间，提高了土地使用率，节约占地。且有效降低了外界环境对电气设备的影响，提高了电气设备的换流站的可靠性和安全性，降低了电气设备的制造难度，节约了成本。此外，有效降低了设备运行的噪声污染，降低了换流站对周边建筑的影响，提高了换流站的环境友好性。合理布置电气设备，减弱了设备在运行过程中产生的合成场强，降低了换流站的电磁污染。

附图说明

图1为一实施方式的柔性直流换流站的第一室体电气布置图；

图2为一实施方式的柔性直流换流站的第二室体电气布置图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，一种柔性直流换流站，包括交直流配电装置和用于布置所述交直流配电装置的交直流配电装置室200，所述交直流配电装置室200包括第一室体210和第二室体220。交直流配电装置包括交流GIS配电装置单元110、联接变压器单元120、启动回路及阀电抗器单元130、换流阀单元140和直流场单元150。交直流配电装置室200按照主体两层设置，交流GIS配电装置单元110、联接变压器单元120启动回路及阀电抗器单元130布置于第一室体210，换流阀单元140和直流场单元150布置于第二室体220。

在第一室体210设有交流GIS配电装置室212、联接变压器室214、启动回路及阀电抗器室216，在第二室体220设有阀厅222和直流场单元室224。交流GIS配电装置单元110、联接变压器单元120、启动回路及阀电抗器单元130、换流阀单元140和直流场单元150分别独立设置于相对应的室内。

气体绝缘全封闭配电装置（Gas Insulated Switchgear，GIS），在本实施例中，交流配电装置单元为交流气体绝缘全封闭配电装置单元110。气体绝缘全封闭配电装置运行可靠性高、维护工作量少、故障率低，其故障率只有常规设备的20%～40%。增加了高压配电装置的可靠性和安全性。可以理解，气体绝缘全封闭配电装置为高压电气设备领域技术人员所惯用的技术，故不在赘述其具体结构和原理。联接变压器室214设置于第一室体210的中部，交流GIS配电装置室212和启动回路及阀电抗器室216设置于联接变压器室214的两侧，交流GIS配电装置单元110和启动回路及阀电抗器单元130通过联接变压器单元120连接，换流阀单元140与启动回路及阀电抗器单元130连接，直流场单元150与换流阀单元140连接。

联接变压器单元120本身具有一定的低频振动，由于直流输电势必导致直流电流流入联接变压器单元120一侧，引起联接变压器单元120内设备铁芯电磁饱和，进而产生一定的噪声污染和电磁污染。换流阀单元140也是换流站的重要设备，产生一定的噪声污染和电磁污染，将换流阀单元140与联接变压器单元120分别设置于交直流配电装置室200的第一室体210和第二室体220，不仅将换流站内的噪声污染降低，还能消弱电磁场对周围的影响，使其接近环境值。

上述柔性直流换流站，交流GIS配电装置单元110、联接变压器单元120和启动回路及阀电抗器单元130设置于第一室体210相对应的设备室内，换流阀单元140和直流场单元150设置于第二室体220，联接变压器单元120设置于第一室体210的中部，交流GIS配电装置单元110和启动回路及阀电抗器单元130设置于联接变压器单元120两侧，直流场单元150紧靠设置于换流阀单元140一侧。

如此，柔性直流换流站的设备合理布置于交直流配电装置室200，分区明确、合理，运行和维护方便，在满足安全性、可靠性的基础上，最大限度的利用了空间，提高了土地使用率，节约占地。且有效降低了外界环境对电气设备的影响，提高了电气设备的换流站的可靠性和安全性，降低了电气设备的制造难度，节约了成本。此外，有效降低了设备运行的噪声污染，降低了换流站对周边建筑的影响，提高了换流站的环境友好性。合理布置电气设备，减弱了设备在运行过程中产生的合成场强，降低了换流站的电磁污染。

在其中一实施例中，交流GIS配电装置单元110包括三相一体GIS。所述三相一体GIS通过GIS套管穿墙引连于联接变压器单元120，三相一体GIS进线侧经电缆终端接入，出线侧通过GIS套管穿墙引至联接变压器单元120，并经过软导线与联接变压器单元120连接。

三相一体GIS由于三相导体呈三角形布置，外壳涡流损耗小，相比其他GIS箱，例如分相式，节能环保，降低了成本。其次，三相一体GIS间隔宽度小，占地面积小，便于布置和施工，且节约了空间。此外，三相一体GIS安装的筒体少，与操动机构可直接相连，无需设置连接相与相间的外部传动拉杆，简化了产品结构，缩短了安装时间，节约了维修费用，也减少了维修成本。

请参阅图1，在其中一实施例中，联接变压器单元120包括联接变压器122和中性点接地电阻124，联接变压器122一端与交流GIS配电装置单元110连接，另一端与启动回路及阀电抗器单元130连接，中性点接地电阻124与联接变压器122连接。

在本实施例中，换流站配置一台联接变压器122，位于交直流配电装置室200第一室体210中部，当然，在其他实施例中，可根据实际情况，采用室外布置，根据降噪和通风的具体情况而定，变压器可采用自然油循环风冷，也可采用自冷的冷却方式。

中性点接地电阻124与地线连接，如此，不仅可泄放单相接地电弧后半波的能量，从而减少电弧重燃的可能性，抑制电网电压的辐值，还可以提高继电保护装置的灵敏度用于跳闸，有效保护系统的正常运行。

请参阅图1，在其中一实施例中，联接变压器122包括变压器本体1222和布置于户外的散热器1224，变压器本体1222和散热器1224分体布置联接，变压器本体1222一端与交流GIS配电装置单元110连接，另一端与启动回路及阀电抗单元130连接。

变压器本体1222和散热器1224通过导油管连接，变压器本体1222设置于联接变压器室214内，散热器1224设置于户外。当然，在其他实施例中，散热器1224可以设置于联接变压器室214内，也可以在第一室体210，例如，联接变压器室214的另一侧还设有用于设置散热器1224的敞开式散热器室。可根据实际的施工难度和空间情况而定，只要实现变压器本体1222在满足降噪的同时还能提高自身散热的目的即可。

散热器1224与变压器本体1222分体设置，不仅减少了共振，而且还可控散热器1224产生的噪声污染，此外，还降低了制造成本，节约了布置空间，降低了施工难度。

请参阅图1，在其中一实施例中，启动回路及阀电抗器单元130包括启动回路132、阀电抗器134和连接设备136，启动回路132一端与联接变压器单元120连接，另一端与阀电抗器134连接，阀电抗器134通过连接设备136与换流阀单元140连接。

换流器正常启动前，需要对其电容预先充电，进行能量的存储，一般地，采用直流电压源进行充电，但成本较高。

采用启动回路132在交流系统向电容充电，可降低运营成本。阀电抗器134串联在启动回路132和换流阀单元140之间，可限制与控制阀三相间的环流，限制短路电流，在交流系统和换流器之间，与联接变压器122一起提供联接电抗，以保证换流站的正常运行。

请参阅图1，在其中一实施例中，启动回路132包括HGIS高压开关设备1322、电压互感器1324和启动电阻1326，HGIS高压开关设备1322与联接变压器单元120连接，电压互感器1324与启动电阻1326均并联接入阀电抗器134。

混合式配电装置（Hybrid Gas Insulated Switchgear)是一种介于气体绝缘全封闭配电装置和空气绝缘常规配电装置之间的高压开关设备。HGIS高压开关设备1322不包括母线设备，母线不装于SF6气室，是外露的，因而结线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性高。

电压互感器1324将高压回路的高电压转变为低电压，供保护、计量、仪表装置的使用，进一步监测和保护交流系统的安全。启动电阻1326在换流器启动过程中，起到缓冲电路的作用，在系统进行启动时，先通过启动电阻1326充电，降低电容的充电电流，减小柔性直流系统上电时对交流系统造成的扰动和对换流器阀上二级管的应力，如此，保证系统的稳定运行。

请参阅图1，在其中一实施例中，阀电抗器134每相配置两台，并通过连接设备136与换流阀单元140连接。阀电抗器134采用桥臂电抗器，阀电抗器134是换流器与交流系统之间的传输功率的纽带。阀电抗器134两侧的电压值差决定了系统无功功率的输出，阀电抗器134两侧的电压相位决定了系统有功功率的输出。通过每相两台阀电抗器134的对称分布，可调节阀电抗器134的通过电流来实现电感量的变化，进而调节无功功率，两台阀电抗器134产生互感，调节效果更明显，且承受晶闸管上的电压较低，增加了系统的安全性和可靠性。

在其中一实施例中，换流阀单元140内设有模块化多电平型换流器，模块化多电平型换流器通过连接设备136与启动回路132及阀电抗器单元130连接，并与直流场单元150连接。

换流器的每相的上、下桥臂分开各为一个独立阀塔，每个阀塔由两个半塔交叉界接线组成。每个半塔有四层，每层包括七个子模块，即每个阀塔由56个子模块串联而成。站内共有6个阀塔，分别对应三相的上下桥臂。模块化多电平型换流器叠加输出电压高、输出谐波少、模块化程度高，提高了系统的稳定性和可靠性。

连接设备136从第一室体210的启动回路及阀电抗器室216穿室板引至二室的换流阀单元140，与模块化多电平型换流器连接。连接设备136为气体绝缘母线连接设备（Gas Insulated Line，GIL），气体绝缘母线连接设备布置走线灵活，可以方便地实现在模块化多电平型换流器的交流侧换相，将上桥臂的三个阀塔和下桥臂的三个阀塔分开布置，从而让简化了线路，便于换流器直流侧接线。

请参阅图2，在其中一实施例中，直流场单元150紧靠设置于换流阀单元140一侧，通过软导线与换流阀单元140连接，直流场单元150的设备按照极对称分布，排成两列。如此，工艺流程紧凑，方便接线，不会出现工艺迂回和接线困难，且运行和维护便利。

此外，为了满足设备运输和运行检修的要求，还可在平波电抗器出线侧、直流线路出线侧、极母线设备外侧以及极母线设备和中性母线设备之间设置搬运及检修通道，在每极2组直流滤波器之间设置巡视小道。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种柔性直流换流站，其特征在于，包括交直流配电装置和用于布置所述交直流配电装置的交直流配电装置室，所述交直流配电装置室包括层叠设置的第一室体和第二室体，所述交直流配电装置包括交流GIS配电装置单元、联接变压器单元、启动回路及阀电抗器单元、换流阀单元和直流场单元；

所述交流GIS配电装置单元、联接变压器单元、启动回路及阀电抗器单元布置于所述第一室体，所述换流阀单元和直流场单元布置于所述第二室体，所述联接变压器单元设置于所述第一室体中部，所述交流GIS配电装置单元和启动回路及阀电抗器单元依次设置于所述联接变压器单元两侧，所述交流GIS配电装置单元和启动回路及阀电抗器单元通过联接变压器单元连接，所述换流阀单元与所述启动回路及阀电抗器单元连接，所述直流场单元与所述换流阀单元连接。

2.根据权利要求1所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述交流GIS配电装置单元包括与电缆终端连接的三相一体GIS，所述三相一体GIS通过GIS套管穿墙引连于所述联接变压器单元。

3.根据权利要求1所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述联接变压器单元包括联接变压器和与地线连接的中性点接地电阻，所述联接变压器一端与所述交流GIS配电装置单元连接，另一端与所述启动回路及阀电抗器单元连接，所述中性点接地电阻与所述联接变压器连接。

4.根据权利要求3所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述联接变压器包括变压器本体和布置于户外的散热器，所述变压器本体与散热器分体布置连接，所述变压器本体一端与所述交流GIS配电装置单元连接，另一端与所述启动回路及阀电抗单元连接。

5.根据权利要求1所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述启动回路及阀电抗器单元包括启动回路、阀电抗器和连接设备，所述启动回路一端与所述联接变压器单元连接，另一端与所述阀电抗器连接，所述阀电抗器通过所述连接设备与所述换流阀单元连接。

6.根据权利要求5所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述启动回路包括HGIS高压开关设备、电压互感器和启动电阻，所述HGIS高压开关设备与所述联接变压器单元连接，并接入所述阀电抗器，所述电压互感器与所述启动电阻均并联接入于所述HGIS高压开关设备。

7.根据权利要求5所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述阀电抗器每相配置两台，对称布置，并分别通过所述连接设备与所述换流阀单元连接。

8.根据权利要求1所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述换流阀单元包括模块化多电平型换流器，所述模块化多电平型换流器与所述启动回路及阀电抗器单元连接，并与所述直流场单元连接。

9.根据权利要求1所述的柔性直流换流站，其特征在于，所述直流场单元设置于所述换流阀单元一侧，并通过软导线与所述换流阀单元连接，所述直流场单元的设备按极对称分布，排成两列。