CN104508933B - 双极性通用型换流站及其mtdc系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种双极性通用型换流站及其MTDC系统。双极性通用型换流站能够被配置成为一个整流器或逆变器，可被平滑地连接到DC系统或与DC系统断开连接，可被并联或串联连接到MTDC系统，双极性通用型换流站的电流方向和/或电压方向与双极性通用型换流站的设计方向相比能够灵活改变。考虑由所提出的双极性通用型换流站构成的MTDC系统，所公开的双极性通用型换流站的接地电流回路模式能够在金属回路模式与大地回路模式之间转变。所公开的MTDC系统的系统电流回路模式能够在远程回路模式与本地回路模式之间转变。
Description
技术领域
本发明涉及MTDC(多端直流)技术，更具体地涉及一种双极性通用型换流站及其MTDC系统。
背景技术
在MTDC系统或DC电网中，具有多于两个的换流站，而且，系统的所有换流站应在不使系统关闭的情况下能够灵活操作。特别地，对于串联MTDC系统，如果换流站能够并联或串联地连接到系统、能够改变电流和/或电压的方向、能够实现接地电流回路模式转换、能够实现系统电流模式转换等，则将是比较好的。利用这些功能，串联MTDC系统的操作灵活性能够大大提高。
现有技术CN102082432A公开了一种用于串联MTDC系统的HV换流站。然而，HV换流站不能实现电流方向逆转、也不能实现远程回路和本地回路之间的电流回路模式转换。
发明内容
本发明提供一种双极性通用型换流站及其MTDC系统。
根据本发明的一方面，提供一种双极性通用型换流站。该双极性通用型换流站能够被配置成一个整流器或逆变器，可被平滑地连接到DC系统或与DC系统断开连接，和/或并联或串联连接到MTDC系统；和/或所述双极性通用型换流站的电流方向和/或电压方向能够灵活地改变；和/或接地电流回路模式能够在金属回路模式与大地回路模式之间转变。
根据本发明的优选实施例，双极性通用型换流站包括：用于每个极(pole)的至少一个AC/DC换流器。
根据本发明的优选实施例，双极性通用型换流站进一步包括：用于每个极的第一开关装置(11、12)，被配置成实现双极性通用型换流站与DC系统的并联或串联连接。
根据本发明的优选实施例，双极性通用型换流站进一步包括：用于每个AC/DC换流器的第二开关装置(23、24)，被配置成与换流器隔离开关(21、22)协作改变双极性通用型换流站的电流和/或电压方向。
根据本发明的优选实施例，双极性通用型换流站进一步包括：用于每个极的金属回路线路51，被配置成实现大地回路与金属回路之间的转变以及本地回路与远程回路之间的转变。
根据本发明的优选实施例，第一开关装置包括两个开关，两个开关中的一个12被配置成实现AC/DC换流器与DC系统的串联连接，另一个11被配置成实现AC/DC换流器与DC系统的并联连接。
根据本发明的优选实施例，第二开关装置包括两个开关，其中两个开关(23、24)的闭合和两个换流器隔离开关(21、22)的打开被配置成形成第一功率流径，或者两个所述开关的打开和两个换流器隔离开关的闭合被配置成形成第二功率流径。
根据本发明的优选实施例，金属回路路线的一个端子被连接到极线(pole line)92，金属回路路线的另一个端子被连接到NBS上位于换流器一侧的端子。
根据本发明的优选实施例，连接模式为串联或并联连接，接地电流回路模式为金属回路或大地回路。
根据本发明的另一方面，提供一种用于改变上述双极性通用型换流站的连接模式的方法。该方法包括：在双极性通用型换流站的极线与中性母线之间的每个极中提供第一开关装置闭锁每个极中的换流器；将第一开关装置的两个开关在打开状态与闭合状态之间切换；以及解锁每个极中的换流器。
根据本发明的另一方面，提供一种用于改变上述双极性通用型换流站的电流和/或电压方向的方法。该方法包括:在每个极中提供第二开关装置；解锁并隔离每个极中的换流器；将第二开关装置的两个开关和换流器隔离开关在打开状态与闭合状态之间切换，以形成不同的功率流径；以及解锁每个极中的换流器。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在上述双极性通用型换流站的大地回路与金属回路之间转变的方法。该方法包括：为了从大地回路转变至金属回路，启用具有故障的极中的金属回路路线，闭合具有故障的极中的NBS以形成金属回路路径，并打开MRTB以切断大地回路路径；以及为了从金属回路转变至大地回路，闭合MRTB以形成大地回路路径，打开从故障恢复的极中的NBS以切断金属回路路径并禁用金属回路路线。
根据本发明的另一方面，提供一种MTDC系统。该MTDC系统包括至少一个上述双极性通用型换流站。该MTDC系统能够以不同的系统回路模式进行操作，并且在不使系统停运的情况下能够实现模式之间的转变。
根据本发明的优选实施例，系统回路模式为系统级的本地回路模式或远程回路模式。
根据本发明的优选实施例，系统在转换连接模式、换流器模式和/或电流回路模式期间不必停运或重启。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在由上述MTDC系统形成的MTDC系统的本地回路模式与远程回路模式之间转变的方法。该方法包括：闭锁远程站的每个极中的换流器；启用远程站的每个极中的金属回路线路，以形成远程回路路径；连接本地站的中性母线，以形成本地回路路径；打开远程站的NBS，以实现从MTDC系统的远程回路至本地回路的转换；以及打开本地站的NBS，以实现从MTDC系统的本地回路至远程回路的转换。
本发明的实施例提供一种双极性通用型换流站及其MTDC系统，其实现了并联或串联连接到MTDC系统的整流器或逆变器功能，并于MTDC系统的设计方向相比改变双极性通用型换流站的电流和/或电压方向。
附图说明
在以下描述中将参照例示在附图中的优选示例性实施例更详细地说明本发明的主题，其中：
图1例示根据本发明实施例的双极性通用型换流站的配置；
图2例示现有技术中的换流器的配置；
图3例示根据本发明实施例的用于改变双极性通用型换流站的连接模式的方法的流程图；
图4a例示具有所提出的双极性通用型换流站的4端串联型MTDC系统的单线路示意图；
图4b例示在旁路换流端R1和I1之后处于远程回路操作下的系统单线路示意图；以及
图4c例示在系统级回路模式转变之后在本地回路操作条件下系统的单线路示意图。
具体实施方式
在下文中结合附图描述本发明的示例性实施例。为了清楚和简明，并非实际实施方式的所有特征都在说明书中进行描述。
图1例示根据本发明实施例的双极性通用型换流站的结构。
如图1所示，双极性通用型换流站可被配置成并联或串联连接到MTDC系统的整流器或逆变器。该双极性通用型换流站可平滑地连接到DC系统或与DC系统断开。和/或该双极性通用型换流站的电流和/或电压方向可灵活地改变，以便满足MTDC系统(或DC网络系统)操作的需求。和/或接地电流回路模式可在金属回路模式与大地回路模式之间转变。
详细地，双极性通用型换流站包括：每个极中的至少一个AC/DC换流器(8a、8b)；由金属导线(13a、13b)和相关的开关(11a、11b和12a、12b)构成的第一开关装置；包括与换流器(8a、8b)并联的开关(23a、24a和23b、24b)的第二开关装置；换流器隔离开关(21a、22a和21b、22b)；两个NBS(中性母线开关，4a和4b)；金属回路线路(51a、51b)和相关的开关(5a、5b)；MRTB(金属回路转换断路器，6)和接地电极7；以及站与系统的接合点(91a、91b和92a、92b)。
通过用于每个极的第一开关装置(11、12)，所提出的解决方案被配置成转变连接模式或者将双极性通用型换流站与DC系统断开连接。具体地，两个开关(11、12)中的一个开关12被配置成实现AC/DC换流器与DC系统的串联连接，另一开关11被配置成实现AC/DC换流器与DC系统的并联连接。利用第一开关装置和AC/DC换流器的协作，可以实现连接模式之间的平稳转变。
通过用于每个AC/DC换流器的第二开关装置(23、24)，双极性通用型换流站的电流和/或电压可以改变。具体地，两个开关(23、24)的闭合被配置成形成第一电力流径；或者，两个开关的打开被配置成形成第二电力流径。利用第一开关装置、第二开关装置和AC/DC换流器的协作，可以平滑地改变双极性通用型换流站的电流和/或电压方向。
而且，所提出的双极性通用型换流站使得NBS(中性母线开关)总是在低压侧，实现大地回路与金属回路之间的转变和/或绕开单个换流器，实现远程回路与本地回路之间的转变和/或绕开整个双极性通用型换流站。更多细节将描述如下。
在本发明中，所提出的双极性通用型换流站的连接模式为串联连接或并联连接。
图2例示现有技术中的换流器的结构。
如图2所示，换流器8可被配置成连接到双极性通用型换流站的整流器或逆变器。详细地，换流器包括旁路开关(1)、两个换流器阀(2、2”)和相关的AC变压器(3、3”)。
图3例示根据本发明实施例的用于改变双极性通用型换流站的连接模式的方法的流程图。
如图3所示，基于上述双极性通用型换流站执行方法300。该方法包括：
步骤301，在极线与中性母线之间的每个极上提供第一开关装置(11、12)。
步骤302，闭锁每个极中的换流器8。
步骤303，将第一开关装置中的两个开关(11、12)在打开状态与闭合状态之间切换。
步骤304，解锁每个极中的换流器8。
详细地，该过程将被解释为基于上文所提出的双极性通用型换流站通过切换开关11和12转变连接模式。首先，假设如高压整流器端子连接模式为串联模式，则连接模式将转变成并联模式。对于所提出的双极性通用型换流站的串联连接模式，开关(11a、11b)打开，开关(12a、12b)闭合。因而一般而言，用于将连接模式改变成并联模式的顺序包括：在每个极中，绕过换流器8；闭合开关11；闭锁换流器8；打开开关12；闭合开关4和6；最后重启换流器8。
对于处于高电压等级的换流站，为了将连接模式转变成串联模式，将顺序进行下述步骤，包括：闭锁换流器8；打开开关4和6；闭合开关12；闭合换流器8的旁路开关(包括但不限于旁路隔离开关)；打开开关11；解锁换流器8。最后，实现从并联模式到串联模式的转变。
将基于晶闸管的LCC换流站作为示例，介绍其电流方向的改变。假设站的连接模式为串联模式。
1)在转变之前，换流器隔离开关21和22闭合，电流方向在正极中为从91a至92a、在负极中为从92b至91b；
2)旁路并闭锁换流器8，在闭锁之后，开关11闭合，开关12打开；
3)打开换流器隔离开关21和22，闭合换流器隔离开关23和24；以及
4)闭合开关12并对解锁换流器8，在解锁期间，开关11打开，并且在解锁之后，电流方向在正极中为从92a至91a、在负极中为从91b至92b。
假设上文的换流站的连接模式为并联模式，则顺序如下：
1)在转变之前，电流方向对于正极为从接地电极7至92a、对于负极为从92b至7；
2)停止换流器8；
3)打开换流器隔离开关21和22；
4)闭合隔离开关23和24；以及
5)重启换流器8，电流方向对于正极为92a至7，对于负极为7至92b。
对于本领域技术人员显而易见的是，所提出的发明利用电流和/或电压方向的改变。一些类型的换流器为电流单向，一些类型为电压单向。本发明所带来的这种能力可以改进其中应用有不同类型的换流器的MTDC系统或DC网络系统的灵活性。
在本发明中，所提出的双极性通用型换流站的接地电流回路模式为金属回路或大地回路。对于金属回路模式，规定接地电流通过极的金属线路返回。而对于大地回路模式，规定大地电流通过大地极返回。所提出的双极性通用型换流站的大地回路模式与金属回路模式之间的转变介绍如下。假设负极中的换流器已缺失。
用于将大地回路转变到金属回路模式的简要顺序包括，在本示例中，假设负极的换流器8b已被阻断：
1)闭合开关(4b和5b)以便形成通过金属回路线51b的金属回路路径；
2)打开MRTB6以便切断通过接地极7的大地回路路径中的电流。
相反，用于将金属回路转变成大地回路模式的过程的简要顺序包括：
1)闭合MRTB 6以便形成通过接地极7的大地回路路径；
2)打开NBS 4b以便切断通过线路51b的金属回路路径中的电流。
对于本领域技术人员显而易见的是，所提出的发明利用大地回路模式和金属回路模式的转变。大地回路模式可以维持不平衡系统的短期操作，在从金属回路模式转变至大地回路模式期间，地电流可以通过利用NBS 4改变方向。这意味着，通常用在典型的HVDC站的DC区中的大地回路转换开关(GRTS)在本发明中可以去除并且其功能由NBS 4取代。
在本发明的其他方面中，还提供了一种MTDC系统，其中MTDC系统包括至少一个上述通用型换流站。MTDC系统可以以不同的系统回路模式进行操作，各模式之间的转变可以在不使系统停运的情况下实现。将本地回路模式定义为系统电流通过所保留的高电压等级站的中性母线而返回，而将远程回路模式定义为系统电流通过被闭锁的低电压等级站的金属回路线路和低电压等级站与高电压等级站之间的转变线路而返回。对于MTDC系统的本地回路模式与远程回路模式之间的转换来说，该操作于MTDC系统的低电压等级换流站闭锁时发生。
图4a例示具有所提出的双极性通用型换流站的4端串联MTDC系统的单线路示意图。包括四个换流站(R1、R2、I1和I2)的一个4端串联MTDC系统作为示例。假设将R1和I1闭锁。将远程回路转变至本地回路的简要顺序包括：
1)通过闭合开关5利用金属回路线路(51)旁路R1和I1的换流站，并在远程回路模式下操作系统，如图4b所示；
2)闭合R2和I2的开关4和6，以便形成本地回路电路；
3)打开R1和I1的开关4和6，以便切断远程回路电路中的电流；
4)打开R2和I2的开关12。
然后，R1和R2(以及I1和I2)之间的输电线路与所保留的系统被隔离，如图4c所示。
因而，将解锁整流器R1和逆变器I1作为示例，将本地回路转变至远程回路的简要顺序包括：
1)闭合R1和I1的开关4、5、6；
2)闭合R2和I2的开关12以便形成远程回路电路；
3)打开R2和I2的开关4和6，以便将本地回路中的接地电流改变路线至远程回路；
4)解锁R1和I1。
对于本领域技术人员显而易见的是知晓具有这种通用型换流站的MTDC系统在转变连接模式、转变模式和/或回路模式期间并非必须停止。
尽管基于一些优选实施例描述了本发明，本领域技术人员应认识到，这些实施例绝非意在限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和概念的情况下，对这些实施例的任何变型和修改应在具有普通技术知识人员的理解范围内，因此落入由所附权利要求书所限定的本发明的范围内。
Claims (4)
1.一种MTDC系统的双极性通用型换流站，其特征在于，所述通用型换流站能够被配置成为整流器或逆变器，可被平滑地连接到DC系统或与DC系统断开连接，并联或串联连接到MTDC系统；和所述双极性通用型换流站的电流方向和电压方向能够灵活地改变；和接地电流回路模式能够在金属回路模式与大地回路模式之间转变，其每一极包括：
第一开关装置，其包括串联连接的第一开关(11a，11b)和第二开关(12a，12b)；
换流器(8a，8b)，其包括第一直流端(8a1，8b1)和第二直流端(8a2，8b2)；和
开关组(4a，4b，6)；
其中：
所述串联连接的第一开关(11a，11b)和第二开关(12a，12b)跨接在所述换流器(8a，8b)的第一直流端(8a1，8b1)和第二直流端(8a2，8b2)之间，第一站与系统的接合点(91a，91b)与所述第一开关装置的第一开关(11a，11b)和第二开关(12a，12b)的串联连接点电气连接，第二站与系统的接合点(92a，92b)与所述第一开关装置的第一开关(11a，11b)和所述换流器(8a，8b)的第一直流端(8a1，8b1)的连接点电气连接；并且
所述开关组(4a，4b，6)布置在所述换流器(8a，8b)的第二直流端和接地极(7)之间；
其中：
在串联模式下：所述第一开关装置的第一开关(11a，11b)和第二开关(12a，12b)分别为打开和闭合状态，所述开关组(4a，4b，6)为打开状态；并且所述换流器(8a，8b)为解锁状态；
在并联模式下：所述第一开关装置的第一开关(11a，11b)和第二开关(12a，12b)分别为闭合和打开状态，所述开关组(4a，4b，6)为闭合状态；并且所述换流器(8a，8b)为解锁状态。
2.一种用于将根据上述权利要求1的所述双极性通用型换流站由串联模式改变为并联模式的方法，依次包括步骤：
闭合所述第一开关装置的第一开关(11a，11b)；
闭锁所述换流器(8a，8b)；
打开所述第一开关装置的第二开关(12a，12b)；
闭合所述开关组(4a，4b，6)；以及
解锁所述换流器(8a，8b)。
3.一种用于将根据权利要求1的所述双极性通用型换流站由并联模式改变为串联模式的方法，依次包括步骤：
闭锁所述换流器(8a，8b)；
打开所述开关组(4a，4b，6)；
闭合所述第一开关装置的第二开关(12a，12b)；
闭合换流器(8a，8b)的旁路开关；
打开所述第一开关装置的第一开关(11a，11b)；以及
解锁所述换流器(8a，8b)。
4.一种MTDC系统，其特征在于，包括根据权利要求1的至少一个双极性通用型换流站的所述MTDC系统能够以不同的系统回路模式进行操作，并且在不使整个系统停运的情况下能够实现模式之间的转变。
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