CN103972918B - 备用式双极直流输电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种备用式双极直流输电电路，用于连接送端交流电网和受端交流电网，包括极1电路、极2电路、极3电路、交流滤波器ACF₁、交流滤波器ACF₂、无功补偿设备Q_C1和无功补偿设备Q_C2，所述的极1电路的输入端连接送端交流电网的正极，输出端连接受端交流电网的正极，所述的极2电路的输入端连接送端交流电网的负极，输出端连接受端交流电网的负极，所述的极3电路输入输出两端均分别与极1电路和极2电路相连接。与现有技术相比，本发明具有充分利用原线路资源、投资少且输电容量增加等优点。

Description

备用式双极直流输电电路

技术领域

本发明涉及一种直流输电电路，尤其是涉及一种备用式双极直流输电电路。

背景技术

随着我国西南水电、西北煤电及国外能源基地的进一步深度开发，同时国民经济的持续发展，对电网性能的要求必然越来越高，一方面要提供足够的电能，一方面要保证电能质量，提升电网的输送容量和电网的安全稳定运行能力是一项势在必行的工作，同时，如果采用新建新的发电厂、架设型的书店线路、建造新的变电站等其他相关设施，将使得工作变得极其困难、费时和昂贵，所以又希望利用有限的投资对电力系统基础设施进行升级，即利用原有的高压交流展和线路网架、改造并转化为直流输电工程。

目前交改直流输电方法有三极直流输电系统和双极直流输电系统，它们均使用原有的输电线路及绝缘设备，但是三极直流输电系统充分利用第三条传输线来增加系统的输电容量，相比双极直流输电，三极多传输37％的电能，但是三极直流的换流设备除了极1和极2上的4个换流器，在极3上还需要2个换流器，所以，三极直流输电系统的投资几乎为双极直流的两倍，经济效益下限制了工程应用价值，寻求一种双极直流输电拓扑结构，既能有直流系统快速可控、系统性能高、提高输电容量等优点，又能在有限的资金条件下达到效果和利益的双赢。

中国专利201310507288.7X公开了一种扩展式双极直流输电系统，包括整流换流站，整流侧电流转换单元、三极输电线路、逆变侧电流转换单元和逆变换流站，此发明存在使用器件多、成本较高、系统容量对比计算说明不清楚等的缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种充分利用原线路资源、投资少且输电容量增加的备用式双极直流输电电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种备用式双极直流输电电路，用于连接送端交流电网和受端交流电网，包括极1电路、极2电路、极3电路、交流滤波器ACF₁、交流滤波器ACF₂、无功补偿设备Q_C1和无功补偿设备Q_C2，所述的极1电路的输入端连接送端交流电网的正极，输出端连接受端交流电网的正极，所述的极2电路的输入端连接送端交流电网的负极，输出端连接受端交流电网的负极，所述的极3电路输入输出两端均分别与极1电路和极2电路相连接，所述的交流滤波器ACF₁和无功补偿设备Q_C1的一端分别连接送端交流电网的输出端，另一端分别连接大地，所述的交流滤波器ACF₂和无功补偿设备Q_C2的一端分别连接受端交流电网的输入端，另一端分别连接大地。

所述的极1电路包括换流变压器T₁₁、换流变压器T₁₂、12脉动换流器2p₁₁、12脉动换流器2p₁₂、开关S₁₁和开关S₁₂，所述的换流变压器T₁₁的输入端连接送端交流电网的正极，输出端连接12脉动换流器2p₁₁的阳极，所述的12脉动换流器2p₁₁的阴极分别与开关S₁₁的一端和极3电路相连接，中性点分别连接大地和极2电路，所述的开关S₁₁的另一端通过极1直流输电线路与开关S₁₂的一端相连接，所述的开关S₁₂的另一端连接12脉动换流器2p₁₂的阳极，所述的12脉动换流器2p₁₂的阴极连接换流变压器T₁₂的输入端，中性点连分别接大地和极2电路，所述的换流变压器T₁₂的输出端连接受端交流电网的正极。

所述的极2电路包括换流变压器T₂₁、换流变压器T₂₂、12脉动换流器2p₂₁、12脉动换流器2p₂₂、开关S₂₁和开关S₂₂，所述的换流变压器T₂₁的输入端连接送端交流电网的负极，输出端连接12脉动换流器2p₂₁的阳极，所述的12脉动换流器2p₂₁的阴极分别与开关S₂₁的一端和极3电路相连接，中性点分别连接大地和12脉动换流器2p₁₁的中性点，所述的开关S₂₁的另一端通过极2直流输电线路与开关S₂₂的一端相连接，所述的开关S₂₂的另一端连接12脉动换流器2p₂₂的阳极，所述的12脉动换流器2p₂₂的阴极连接换流变压器T₂₂的输入端，中性点连分别接大地和12脉动换流器2p₁₂的中性点，所述的换流变压器T₂₂的输出端连接受端交流电网的负极。

所述的极3电路包括开关S₃₁、开关S₃₂、开关S₄₁和开关S₄₂，所述的开关S₃₁的一端连接12脉动换流器2p₁₁的阴极，另一端通过极3直流输电线路与开关S₃₂的一端相连接，所述的开关S₃₂的另一端与12脉动换流器2p₁₂的阳极相连接，所述的开关S₄₁的一端连接12脉动换流器2p₂₁的阳极，另一端通过极3直流输电线路与开关S₄₂的一端相连接，所述的开关S₄₂的另一端与12脉动换流器2p₂₂的阴极相连接。

所述的无功补偿设备采用功率因数补偿电容器串联低压电抗器。

所述的交流滤波器采用HP12/24双调谐滤波器或HP3单调谐滤波器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用了12脉动换流器除掉了整流器产生的谐波电流，同时整流站和逆流站分别设有无功补偿设备和交流滤波器，对输电系统进行了无功率补偿与交流滤波。因为整流器在将交流电转换为直流电的同时，产生了大量的谐波电流注入到电网中，随之而来的就是谐波电流对电网中的其它负载产生的影响，采用12脉冲换流器可以消除H5、H7次谐波。

2)本发明采用备用式双极直流输电拓扑结构，将极3线路作为备用传输路线，实现3种运行方式的双极直流输电，输电容量增加，运行方式灵活，可继续沿用常规双极直流控制：整流器定电流控制、逆变器定关断角控制、整流器的最小触发角限制和逆变器的定电流控制、以及两侧换流站的VDCOL限制，同时线路设备利用率高，投资少。

附图说明

图1为备用式双极直流输电电路图；

图2为HP12/24双调谐滤波器拓扑结构图；

图3为HP3单调谐滤波器拓扑结构图；

图4为常规双极直流输电稳态控制特性示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种备用式双极直流输电电路，用于连接送端交流电网和受端交流电网，包括极1电路、极2电路、极3电路、交流滤波器ACF₁、交流滤波器ACF₂、无功补偿设备Q_C1和无功补偿设备Q_C2，极1电路的输入端连接送端交流电网的正极，输出端连接受端交流电网的正极，极2电路的输入端连接送端交流电网的负极，输出端连接受端交流电网的负极，极3电路输入输出两端均分别与极1电路和极2电路相连接，交流滤波器ACF₁和无功补偿设备Q_C1的一端分别连接送端交流电网的输出端，另一端分别连接大地，交流滤波器ACF₂和无功补偿设备Q_C2的一端分别连接受端交流电网的输入端，另一端分别连接大地。

极1电路包括换流变压器T₁₁、换流变压器T₁₂、12脉动换流器2p₁₁、12脉动换流器2P₁₂、开关S₁₁和开关S₁₂，换流变压器T₁₁的输入端连接送端交流电网的正极，输出端连接12脉动换流器2P₁₁的阳极，12脉动换流器2p₁₁的阴极分别与开关S₁₁的一端和极3电路相连接，中性点分别连接大地和极2电路，开关S₁₁的另一端通过极1直流输电线路与开关S₁₂的一端相连接，开关S₁₂的另一端连接12脉动换流器2p₁₂的阳极，12脉动换流器2P₁₂的阴极连接换流变压器T₁₂的输入端，中性点连分别接大地和极2电路，换流变压器T₁₂的输出端连接受端交流电网的正极。

极2电路包括换流变压器T₂₁、换流变压器T₂₂、12脉动换流器2p₂₁、12脉动换流器2P₂₂、开关S₂₁和开关S₂₂，换流变压器T₂₁的输入端连接送端交流电网的负极，输出端连接12脉动换流器2P₂₁的阳极，12脉动换流器2p₂₁的阴极分别与开关S₂₁的一端和极3电路相连接，中性点分别连接大地和12脉动换流器2p₁₁的中性点，开关S₂₁的另一端通过极2直流输电线路与开关S₂₂的一端相连接，开关S₂₂的另一端连接12脉动换流器2P₂₂的阳极，12脉动换流器2p₂₂的阴极连接换流变压器T₂₂的输入端，中性点连分别接大地和12脉动换流器2P₁₂的中性点，换流变压器T₂₂的输出端连接受端交流电网的负极。

极3电路包括开关S₃₁、开关S₃₂、开关S₄₁和开关S₄₂，开关S₃₁的一端连接12脉动换流器2p₁₁的阴极，另一端通过极3直流输电线路与开关S₃₂的一端相连接，开关S₃₂的另一端与12脉动换流器2P₁₂的阳极相连接，开关S₄₁的一端连接12脉动换流器2p₂₁的阳极，另一端通过极3直流输电线路与开关S₄₂的一端相连接，开关S₄₂的另一端与12脉动换流器2p₂₂的阴极相连接。

无功补偿设备采用功率因数补偿电容器串联低压电抗器。

交流滤波器采用HP12/24双调谐滤波器或HP3单调谐滤波器，如图2、3所示。

将交流输电线路改造为备用式双极直流输电后，就是常规双极直流输电，因此按照常规双极直流输电的运行模式运行。

采用常规双极直流控制策略，即：整流器定电流控制、逆变器定关断角控制，同时计及整流器的最小触发角限制和逆变器的定电流控制，以及两侧换流站的VDCOL限制。在此控制策略调节下，直流输电系统稳态控制特性如图4所示。

假设：每根极线的额定直流电流与交流额定电流相等、直流额定电压与交流额定线电压相等。

当不计线路过载能力时，备用式双极直流输电系统的额定直流输送容量为

P_dBT＝2U_dNI_dN＝1.15P_N (1)

式中，交流额定输送功率

上式表明，当不计线路过载能力时，备用式双极直流输电系统的额定直流输送容量为为交流额定输送功率的1.15倍。

本发明存在以下2类运行方式，当不计功率反送及降压运行时，具有以下特点：

1)双极运行方式；采用常规定直流电流控制模式。正常运行时，极3作为金属回线，无大地电流；当极1或极2线路故障时，极3取代故障极线，此时入地电流为不足额定电流1％的双极不平衡直流电流，具有3种运行方式。

2)单极运行方式：同样采用常规定直流电流控制模式，使用两根极线，其中一根极线作为金属回线，不存在大地电流，具有3种运行方式。

由此可见，备用式双极直流输电系统存在2类运行方式，共有6种具体的运行方式(不计功率反送及降压运行)。当工作在正常双极运行方式下时，无大地电流。

Claims (3)

1.一种备用式双极直流输电电路，用于连接送端交流电网和受端交流电网，其特征在于，包括极1电路、极2电路、极3电路、交流滤波器ACF₁、交流滤波器ACF₂、无功补偿设备Q_C1和无功补偿设备Q_C2，所述的极1电路的输入端连接送端交流电网，输出端连接受端交流电网，所述的极2电路的输入端连接送端交流电网，输出端连接受端交流电网，所述的极3电路输入输出两端均分别与极1电路和极2电路相连接，所述的交流滤波器ACF₁和无功补偿设备Q_C1的一端分别连接送端交流电网的输出端，另一端分别连接大地，所述的交流滤波器ACF₂和无功补偿设备Q_C2的一端分别连接受端交流电网的输入端，另一端分别连接大地；

所述的极1电路包括换流变压器T₁₁、换流变压器T₁₂、12脉动换流器2p₁₁、12脉动换流器2p₁₂、开关S₁₁和开关S₁₂，所述的换流变压器T₁₁的输入端连接送端交流电网，输出端连接12脉动换流器2p₁₁的输入端，所述的12脉动换流器2p₁₁的输出端分别与开关S₁₁的一端和极3电路相连接，中性点分别连接大地和极2电路，所述的开关S₁₁的另一端通过极1直流输电线路与开关S₁₂的一端相连接，所述的开关S₁₂的另一端连接12脉动换流器2p₁₂的输入端，所述的12脉动换流器2p₁₂的输出端连接换流变压器T₁₂的输入端，中性点连分别接大地和极2电路，所述的换流变压器T₁₂的输出端连接受端交流电网；

所述的极2电路包括换流变压器T₂₁、换流变压器T₂₂、12脉动换流器2p₂₁、12脉动换流器2p₂₂、开关S₂₁和开关S₂₂，所述的换流变压器T₂₁的输入端连接送端交流电网，输出端连接12脉动换流器2p₂₁的输入端，所述的12脉动换流器2p₂₁的输出端分别与开关S₂₁的一端和极3电路相连接，中性点分别连接大地和12脉动换流器2p₁₁的中性点，所述的开关S₂₁的另一端通过极2直流输电线路与开关S₂₂的一端相连接，所述的开关S₂₂的另一端连接12脉动换流器2p₂₂的输入端，所述的12脉动换流器2p₂₂的输出端连接换流变压器T₂₂的输入端，中性点连分别接大地和12脉动换流器2p₁₂的中性点，所述的换流变压器T₂₂的输出端连接受端交流电网；

所述的极3电路包括开关S₃₁、开关S₃₂、开关S₄₁和开关S₄₂，所述的开关S₃₁的一端连接12脉动换流器2p₁₁的输出端，另一端通过极3直流输电线路与开关S₃₂的一端相连接，所述的开关S₃₂的另一端与12脉动换流器2p₁₂的输入端相连接，所述的开关S₄₁的一端连接12脉动换流器2p₂₁的输入端，另一端通过极3直流输电线路与开关S₄₂的一端相连接，所述的开关S₄₂的另一端与12脉动换流器2p₂₂的输出端相连接；

所述的备用式双极直流输电电路的运行方式具体为：

1)双极运行方式：采用常规定直流电流控制模式，正常运行时，极3作为金属回线，无大地电流；当极1或极2线路故障时，极3取代故障极线，此时入地电流为不足额定电流1％的双极不平衡直流电流，具有3种运行方式；

2)单极运行方式：采用常规定直流电流控制模式，使用两根极线，其中一根极线作为金属回线，不存在大地电流，具有3种运行方式。

2.根据权利要求1所述的一种备用式双极直流输电电路，其特征在于，所述的无功补偿设备采用功率因数补偿电容器串联低压电抗器。

3.根据权利要求1所述的一种备用式双极直流输电电路，其特征在于，所述的交流滤波器采用HP12/24双调谐滤波器或HP3单调谐滤波器。