CN103986176A - 一种将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法，属于电力电子技术领域。本方法借助柔性直流输电系统本身的结构特性，利用隔离开关可以开、合较小负荷电流或电容电流的特点，通过适当降低柔直系统直流电压后，顺序闭合正负极直流隔离开关实现带电接入多端柔性直流输电系统的功能。本发明利用柔性直流输电系统本身的结构和隔离开关的简单顺序操作，解决了在直流断路器尚不能推广应用的前提下带电接入多端柔性直流输电的问题，并具有技术成熟、操作可靠、实现简单、性能优异的特点，可应用于多端柔性直流输电实际工程中。

Description

一种将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法

技术领域

本发明涉及一种将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法，属于电力电子技术领域。 

背景技术

在中国，多端柔性直流输电系统单站的拓扑结构如图1所示，直流侧包含相互串联的隔离开关QS与直流母线相连，交流侧包括相互串联的交流进线开关Q1，换流变压器等，其中换流变压器采用Δ/Yn型接法，即换流变压器网侧绕组采用三角形联接，阀侧绕组采用星形联接，阀侧绕组的中性点经一个大电阻R接地。采用Δ/Yn型接法这种接地方式主要目的是使柔性直流输电系统直流线路对地呈现出对称的正、负极性，从而可以降低直流线路的绝缘水平，而接地电阻R很大是为了保证交流电网故障时传递到换流器侧的零序电流很小。 

换流器是一种模块化的多电平换流器(以下简称MMC)结构，如图2所示，包括6个桥臂，每个桥臂串联N个子模块(以下简称SM)，每个子模块包含一个由IGBT组成的半桥，并且每个IGBT管反并联一个二极管，C0代表子模块的直流侧电容器。当IGBT管处于关断状态下，即换流器闭锁，则直流侧电容器只能充电。 

把电力元件带电并入运行的系统中一般是通过断路器进行操作，在交流系统中,电流每周波有两次自然过零点,交流断路器就是充分利用此时机熄灭电弧,完成介质恢复。但直流系统不存在自然过零点，因此，直流断路器的开发比较困难，目前直流断路器尚未推广到工程应用中。隔离开关一般用于隔离电路中的有电和无电部分，由于其无灭弧能力，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。所以，在直流断路器技术尚未成熟的前提下，一般采用将整个柔输系统停运，不带电地通过隔离开关将换流站接入多端柔性直流输电系统，再重新起运的方法实现第三站并入。此方法有如下缺点：增加了多端柔性直流输电系统的停运概率；如果运行系统与重要负荷相连，则为了并入换流站停运整个系统将会造成重大损失；如果运行系统与风电场（新能源）相连，则为了并入换流站停运整个系统将会导致新能源的退出并重新投入，减小了能源利用率；如果两个非同步电网通过多端柔性直流输电系统联网，则 为了并入换流站停运整个系统将会导致两个非同步电网内部功率不平衡，电网安稳控制保护动作，失去部分电源或者负荷，甚至导致连锁故障，造成同步电网瘫痪；如果地区电网联络线由交流和多端柔性直流输电系统组成，则为了并入换流站停运整个系统可能导致交流线路过载，甚至线路潮流超过其暂稳极限，造成电网安稳控制保护动作；并入所需较长，而且操作繁琐，没有充分发挥柔输系统结构的优势。 

发明内容

本发明的目的是提出一种将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法，通过降低系统直流运行电压和隔离开关的顺序操作，在不停运整个多端柔性直流输电系统的前提下，实现多端柔性直流输电系统单个换流站的接入。 

本发明提出的将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法，包括以下步骤： 

（1）使多端柔性直流输电系统中待并网的换流站闭锁； 

（2）使待并网换流站中的换流变压器与交流系统之间的交流断路器闭合，交流系统对换流站进行不控整流充电，充电完成后的稳态下，换流站的每个桥臂电容电压之和与交流系统的线电压峰值相等，即其中V_CN(0)、V_CP(0)分别为换流站的每个桥臂的上、下桥臂电容电压值之和，V_l-l为换流站的阀侧交流线电压的峰值； 

（3）使稳定运行中的柔性直流输电系统的直流电压下降到换流站阀侧相电压的峰值以下，并按照电压下降比例，降低换流站的交换功率，使其中V_d′_c为柔性直流输电系统的直流电压，V_p为换流站阀侧交流系统的相电压，V_l-l为换流站的阀侧交流线电压的峰值； 

（4）使待并网换流站中的负极直流隔离开关闭合，以A相为例，交流系统的交流电压源V_A和柔性直流输电系统的直流电压源V_dc’联合通过接地电阻R，二极管D1对A相下桥臂电容进行充电； 

（5）负极直流隔离开关闭合的设定时间段后，使待并网换流站中的正极直流隔离开关闭合，以A相上桥臂为例，交流系统的交流电压源V_A和柔性直流输电系统的直流电压源+V_d′_c通过接地电阻R对A相上桥臂电容C1充电，记充电电流为i₁； 

（6）正极直流隔离开关闭合的设定时间段后，使多端柔性直流输电系统中待并网的换流站解锁，并恢复柔性直流输电系统的直流电压，根据换流站的功率指令，完成交流系统与柔性直流输电系统之间的功率交换，进入稳态运行。 

本发明提出的将换流器带电接入多端柔性直流输电系统的方法，其优点是： 

本发明方法兼顾了电力系统对多端柔性直流输电系统的接入要求，借助柔性直流输电系统本身的结构特性，利用隔离开关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特点，通过适当降低柔直系统直流电压后，顺序闭合正负极直流隔离开关，实现了带电接入多端柔性直流输电系统的功能。本发明方法技术成熟、操作可靠、实现简单、性能优异，不需要增加换流站任何设备，可应用于多端柔性直流输电实际工程中。 

附图说明

图1为换流站的结构示意图。 

图2为图1所示的换流站中多电平换流器的结构示意图。 

图3为本发明方法涉及的一个多端柔性直流输电系统的示意图，以四端柔性直流输电系统为例。 

图4为本发明方法中，闭合负极隔离开关的充电示意图。 

图5为本发明方法中，闭合正极隔离开关后的充电示意图。 

具体实施方式

本发明方法涉及的多端柔性直流输电系统，包括有四个换流站，如图3所示，其中的三个换流站1、2和4组成正在稳定运行的三端柔性直流输电系统，其中的一个换流站3需要接入系统。 

本发明提出的将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法，包括以下步骤： 

（1）使多端柔性直流输电系统中待并网的换流站闭锁；此时，换流站3只能充电不能放电； 

（2）使待并网换流站中的换流变压器与交流系统之间的交流断路器闭合，交流系统对换流站进行不控整流充电，充电完成后的稳态下，换流站的每个桥臂电容电压之和与交流系统的线电压峰值相等，即其中V_CN(0)、V_CP(0)分别为换流站的每个桥臂的上、下桥臂电容电压值之和，V_l-l为换流站的阀侧交流线电压的峰值； 

（3）使稳定运行中的柔性直流输电系统的直流电压下降到换流站阀侧相电压的峰值以下，并按照电压下降比例，降低换流站的交换功率，同时保证不触发暂态调压使能装置， 使其中V_d ^′ _c为柔性直流输电系统的直流电压，V_p为换流站阀侧交流系统的相电压，V_l-l为换流站的阀侧交流线电压的峰值； 

（4）使待并网换流站中的负极直流隔离开关闭合，其充电回路如图4，以A相为例进行分析，如图中虚线所示，交流系统的交流电压源V_A和柔性直流输电系统的直流电压源V_dc’联合通过接地电阻R，二极管D1对A相下桥臂电容进行充电；由于接地电阻R比较大，所以充电电流很小，不会对刀闸和换流阀造成过流冲击。 

（5）负极直流隔离开关闭合的设定时间段后，使待并网换流站中的正极直流隔离开关闭合，其充电电路如图5所示，以A相上桥臂为例，如图5中的虚线所示，交流系统的交流电压源V_A和柔性直流输电系统的直流电压源+V_d′_c通过接地电阻R对A相上桥臂电容C1充电，记充电电流为i₁；在一般情况下，还存在第二个充电电流通道，如图5中的点划线所示，交流系统的交流电压源V_A、V_B和柔性直流输电系统的正、负极直流电压源±V_d′_c对A相上桥臂电容C1和B相下桥臂C2充电，充电电流记为i₂；由于i₂通道的等效电阻Re_q相比较i₁通道的等效电阻R要小得多，所以i₂一旦产生，要比i₁大很多，但正因为Re_q比较小，所以衰减速度很快，所以考虑i₂时暂不考虑i₁产生的影响。而i₂存在的必要条件之一是通过上述步骤（3）降低系统直流运行电压，在延时一段时间闭合正极直流隔离开关后，i₂几乎不存在，所以此步骤不会对刀闸和换流阀造成过流冲击。 

（6）正极直流隔离开关闭合的设定时间段后，使多端柔性直流输电系统中待并网的换流站解锁，并恢复柔性直流输电系统的直流电压，根据换流站的功率指令，完成交流系统与柔性直流输电系统之间的功率交换，进入稳态运行。 

本发明方法中，需要带电接入多个换流站时，待整个柔输系统稳定运行后，其接入顺序不分先后。其中正负极隔离开关闭合顺序可以调换。 

本发明兼顾电力系统对多端柔性直流输电系统的接入要求，借助柔性直流输电系统本身的结构特性，利用隔离开关可以开、合较小负荷电流或电容电流的特点，通过适当降低柔直系统直流电压后，顺序闭合正负极直流隔离开关实现带电接入多端柔性直流输电系统的功能。 

本发明利用柔性直流输电系统本身的结构和隔离开关的简单顺序操作，解决了在直流断路器尚不能推广应用的前提下带电接入多端柔性直流输电的问题，该应用具有技术成熟、操作可靠、实现简单、性能优异的特点，可应用于多端柔性直流输电实际工程中。 

Claims (1)

1.一种将换流站带电接入多端柔性直流输电系统的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）使多端柔性直流输电系统中待并网的换流站闭锁；

（2）使待并网换流站中的换流变压器与交流系统之间的交流断路器闭合，交流系统对换流站进行不控整流充电，充电完成后的稳态下，换流站的每个桥臂电容电压之和与交流系统的线电压峰值相等，即其中V_CN(0)、V_CP(0)分别为换流站的每个桥臂的上、下桥臂电容电压值之和，V_l-l为换流站的阀侧交流线电压的峰值；

（3）使稳定运行中的柔性直流输电系统的直流电压下降到换流站阀侧相电压的峰值以下，并按照电压下降比例，降低换流站的交换功率，使其中V_d′_c为柔性直流输电系统的直流电压，V_p为换流站阀侧交流系统的相电压，V_l-l为换流站的阀侧交流线电压的峰值；

（4）使待并网换流站中的负极直流隔离开关闭合，以A相为例，交流系统的交流电压源V_A和柔性直流输电系统的直流电压源V_dc’联合通过接地电阻R，二极管D1对A相下桥臂电容进行充电；

（5）负极直流隔离开关闭合的设定时间段后，使待并网换流站中的正极直流隔离开关闭合，以A相上桥臂为例，交流系统的交流电压源V_A和柔性直流输电系统的直流电压源+V_d′_c通过接地电阻R对A相上桥臂电容C1充电，记充电电流为i₁；

（6）正极直流隔离开关闭合的设定时间段后，使多端柔性直流输电系统中待并网的换流站解锁，并恢复柔性直流输电系统的直流电压，根据换流站的功率指令，完成交流系统与柔性直流输电系统之间的功率交换，进入稳态运行。