CN105071373A - 一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法，配置系统包括第一换流站、第二换流站、极I直流极线、附加金属回线和极II直流极线；第一换流站通过极I直流极线、附加金属回线、极II直流极线与第二换流站连接。配置方法针对不同运行工况完成直流开关场的配置。本发明避免了专用接地极装置的使用，也减少了直流断路器的使用；提高了对称双极柔性直流输电系统运行的灵活性，减少了直流系统被迫降低功率的可能性；提高了对称双极柔性直流输电系统运行的灵活性以及可利用率；本发明提供的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法基本杜绝了直流偏磁问题，适用于短距离跨海输电。

Description

一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法
技术领域
本发明涉及一种直流开关场的配置技术，具体涉及一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法。
背景技术
直流输电技术分为常规直流输电与柔性直流输电两种类型，应用于长距离输电的常规直流目前普遍采用对称双极结构，输电距离大约在500-2000公里，而且以大地回线为主，需要装设特别的接地极。除了可以双极平衡运行之外，还可以双极不平衡运行，甚至于在一极故障情况下另一极单极运行，如果功率水平较低的话，可以单极大地回线运行，如果功率水平较高的话，由于直流偏磁的原因，要利用专用的直流断路器，将直流转换为单极金属回线运行。
常规直流(背靠背除外)由于输电距离远，采用附加金属回线的话，即三极直流输电系统，会增加工程造价。但是在单极大地回线且传输功率较大的工况下，会面临直流偏磁问题；此时必须采用单极金属回线运行方式，但是需要装设MRTB和GRTS等低压直流断路器，也会增加工程成本；如果故障极输电架空线路发生故障需要停电检修，健全极虽然可以单极运行，但是输电功率必然受到较大的限制；而且现有常规直流需要装设专用的接地极装置及接地极线路，也会增加投资，并且在海岛输电时由于面积狭小，很难找到合适的接地极址。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法，通过中性母线断路器、中性母线接地断路器、大地回路转换断路器以及刀闸完成柔性直流输电系统中直流开关场的配置。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，所述柔性直流输电系统为对称双极结构；所述配置系统包括第一换流站、第二换流站、极I直流极线、附加金属回线和极II直流极线；所述第一换流站通过极I直流极线、附加金属回线、极II直流极线与第二换流站连接。
所述第一换流站包括第一IGBT阀、第二IGBT阀、第一中性母线断路器、第二中性母线断路器、第一中性母线接地断路器、刀闸Z11和刀闸Z12。
所述第一IGBT阀的一端连接到极I直流极线，其另一端通过第一中性母线断路器连接第一公共点，所述第一中性母线接地断路器一端连接到第一中性母线断路器与第一公共接地点之间，另一端接地；
所述第二IGBT阀的一端连接到极II直流极线，其另一端通过第二中性母线断路器连接第一公共点，所述第二中性母线断路器同时与第一中性母线断路器连接；
所述刀闸Z11一端连接第一公共点，其另一端连接到第一IGBT阀与极I直流极线之间，所述刀闸Z12一端连接第一公共点，其另一端连接到第二IGBT阀与极II直流极线之间。
所述第二换流站包括第三IGBT阀、第四IGBT阀、第三中性母线断路器、第四中性母线断路器、第二中性母线接地断路器、刀闸Z21和刀闸Z22。
所述极I直流极线的一端连接第一IGBT阀，其另一端连接第三IGBT阀，所述第三IGBT阀的另一端通过第三中性母线断路器连接第二公共点，所述第二中性母线接地断路器一端连接到第三中性母线断路器与第二公共接地点之间，另一端接地；
所述极II直流极线的一端连接第二IGBT阀，其另一端连接第四IGBT阀，所述第四IGBT阀的另一端通过第四中性母线断路器连接第二公共点，所述第四中性母线断路器同时与第三中性母线断路器连接；
所述刀闸Z21一端连接第二公共点，其另一端连接到第三IGBT阀与极I直流极线之间，所述刀闸Z22一端连接第二公共点，其另一端连接到第四IGBT阀与极II直流极线之间。
所述附加金属回线一端通过大地回路转换断路器连接第一公共点，另一端连接第二公共点。
本发明还提供一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置方法，所述配置方法具体包括以下步骤：
步骤1：柔性直流输电系统处于第一运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤2：柔性直流输电系统处于第二运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤3：柔性直流输电系统处于第三运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤4：柔性直流输电系统处于第四运行工况时，进行直流开关场的配置。
所述步骤1中，第一运行工况为正常双极运行工况，柔性直流输电系统处于正常双极运行工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤1-1：第一中性母线断路器、第二中性母线断路器、第三中性母线断路器和第四中性母线断路器均投入合位；
步骤1-2：第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
步骤1-3：大地回路转换断路器投入合位，将附加金属回线投入；
步骤1-4：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤1-5：第一IGBT阀与第三IGBT阀以任意功率水平解锁运行，且第二IGBT阀与第四IGBT阀均以任意功率水平解锁运行。
所述步骤2中，第二运行工况为正常单极运行工况，柔性直流输电系统处于正常单极运行工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤2-1：第一中性母线断路器、第三中性母线断路器投入合位且第二中性母线断路器、第四中性母线断路器处于分位，或第一中性母线断路器、第三中性母线断路器处于分位且第二中性母线断路器、第四中性母线断路器投入合位；
步骤2-2：第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
步骤2-3：大地回路转换断路器投入合位，将附加金属回线投入；
步骤2-4：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤2-5：第一IGBT阀与第三IGBT阀以任意功率水平解锁运行，或第二IGBT阀与第四IGBT阀均以任意功率水平解锁运行。
所述步骤3中，第三运行工况为附加金属回线故障工况，柔性直流输电系统处于附加金属回线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤3-1：第一中性母线接地断路器和第二中性母线接地断路器均投入合位；
步骤3-2：大地回路转换断路器处于分位；
步骤3-3：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤3-4：极I直流极线与极II直流极线传输功率相等、极I小功率或极II小功率解锁运行。
所述步骤4中，第四运行工况为附加金属回线与极I直流极线故障工况或附加金属回线与极II直流极线故障工况，柔性直流输电系统处于附加金属回线与极I直流极线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
A)第一中性母线断路器与第三中性母线断路器投入合位，且第二中性母线断路器与第四中性母线断路器处于分位；
B)大地回路转换断路器处于分位；
C)第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
D)刀闸Z12和刀闸Z22投入合位，刀闸Z11和Z21处于分位；
E)极I利用极II直流极线构成金属回线，极I大功率解锁运行；
柔性直流输电系统处于附加金属回线与极II直流极线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
A)第二中性母线断路器与第四中性母线断路器投入合位，且第一中性母线断路器与第三中性母线断路器处于分位；
B)大地回路转换断路器处于分位；
C)第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
D)刀闸Z12和刀闸Z22处于分位，刀闸Z11和Z21投入合位；
E)极II利用极I直流极线构成金属回线，极II大功率解锁运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法适用于短距离跨海输电；
2.避免了专用接地极装置的使用，也减少了直流断路器的使用；
3.提高了对称双极柔性直流输电系统运行的灵活性，减少了直流系统被迫降低功率的可能性；
4.提高了对称双极柔性直流输电系统运行的灵活性以及可利用率；
5.本发明提供的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统和方法基本杜绝了直流偏磁问题。
附图说明
图1是本发明实施例中柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
柔性直流技术发展迅速，电压及功率水平已经达到很高的等级。为了提高直流系统的利用率，应该采用对称双极结构，这样单极故障下健全极还可以继续传输功率。本发明主要提出了适用于短距离跨海输电的对称双极柔性直流输电系统的直流开关场配置。
本发明提供一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，如图1，所述柔性直流输电系统为对称双极结构；所述配置系统包括第一换流站、第二换流站、极I直流极线、附加金属回线和极II直流极线；所述第一换流站通过极I直流极线、附加金属回线、极II直流极线与第二换流站连接。
所述第一换流站包括第一IGBT阀、第二IGBT阀、第一中性母线断路器、第二中性母线断路器、第一中性母线接地断路器、刀闸Z11和刀闸Z12。
所述第一IGBT阀的一端连接到极I直流极线，其另一端通过第一中性母线断路器连接第一公共点，所述第一中性母线接地断路器一端连接到第一中性母线断路器与第一公共接地点之间，另一端接地；
所述第二IGBT阀的一端连接到极II直流极线，其另一端通过第二中性母线断路器连接第一公共点，所述第二中性母线断路器同时与第一中性母线断路器连接；
所述刀闸Z11一端连接第一公共点，其另一端连接到第一IGBT阀与极I直流极线之间，所述刀闸Z12一端连接第一公共点，其另一端连接到第二IGBT阀与极II直流极线之间。
所述第二换流站包括第三IGBT阀、第四IGBT阀、第三中性母线断路器、第四中性母线断路器、第二中性母线接地断路器、刀闸Z21和刀闸Z22。
所述极I直流极线的一端连接第一IGBT阀，其另一端连接第三IGBT阀，所述第三IGBT阀的另一端通过第三中性母线断路器连接第二公共点，所述第二中性母线接地断路器一端连接到第三中性母线断路器与第二公共接地点之间，另一端接地；
所述极II直流极线的一端连接第二IGBT阀，其另一端连接第四IGBT阀，所述第四IGBT阀的另一端通过第四中性母线断路器连接第二公共点，所述第四中性母线断路器同时与第三中性母线断路器连接；
所述刀闸Z21一端连接第二公共点，其另一端连接到第三IGBT阀与极I直流极线之间，所述刀闸Z22一端连接第二公共点，其另一端连接到第四IGBT阀与极II直流极线之间。
所述附加金属回线一端通过大地回路转换断路器连接第一公共点，另一端连接第二公共点。
此种结构适用于较短距离输电的直流输电系统，虽然增加一根附加的低压导线，但是成本由于输电距离短所以增加的不多，而且减少了直流断路器的使用，也不用装设专门的接地极装置，运行灵活性也得到提高。
本发明还提供一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置方法，所述配置方法具体包括以下步骤：
步骤1：柔性直流输电系统处于第一运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤2：柔性直流输电系统处于第二运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤3：柔性直流输电系统处于第三运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤4：柔性直流输电系统处于第四运行工况时，进行直流开关场的配置。
所述步骤1中，第一运行工况为正常双极运行工况，柔性直流输电系统处于正常双极运行工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤1-1：第一中性母线断路器、第二中性母线断路器、第三中性母线断路器和第四中性母线断路器均投入合位；
步骤1-2：第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
步骤1-3：大地回路转换断路器投入合位，将附加金属回线投入；
步骤1-4：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤1-5：第一IGBT阀与第三IGBT阀以任意功率水平解锁运行，且第二IGBT阀与第四IGBT阀均以任意功率水平解锁运行。
所述步骤2中，第二运行工况为正常单极运行工况，柔性直流输电系统处于正常单极运行工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤2-1：第一中性母线断路器、第三中性母线断路器投入合位且第二中性母线断路器、第四中性母线断路器处于分位，或第一中性母线断路器、第三中性母线断路器处于分位且第二中性母线断路器、第四中性母线断路器投入合位；
步骤2-2：第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
步骤2-3：大地回路转换断路器投入合位，将附加金属回线投入；
步骤2-4：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤2-5：第一IGBT阀与第三IGBT阀以任意功率水平解锁运行，或第二IGBT阀与第四IGBT阀均以任意功率水平解锁运行。
所述步骤3中，第三运行工况为附加金属回线故障工况，柔性直流输电系统处于附加金属回线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤3-1：第一中性母线接地断路器和第二中性母线接地断路器均投入合位；
步骤3-2：大地回路转换断路器处于分位；
步骤3-3：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤3-4：极I直流极线与极II直流极线传输功率相等、极I小功率或极II小功率解锁运行。
所述步骤4中，第四运行工况为附加金属回线与极I直流极线故障工况或附加金属回线与极II直流极线故障工况，柔性直流输电系统处于附加金属回线与极I直流极线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
A)第一中性母线断路器与第三中性母线断路器投入合位，且第二中性母线断路器与第四中性母线断路器处于分位；
B)大地回路转换断路器处于分位；
C)第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
D)刀闸Z12和刀闸Z22投入合位，刀闸Z11和Z21处于分位；
E)极I利用极II直流极线构成金属回线，极I大功率解锁运行；
柔性直流输电系统处于附加金属回线与极II直流极线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
A)第二中性母线断路器与第四中性母线断路器投入合位，且第一中性母线断路器与第三中性母线断路器处于分位；
B)大地回路转换断路器处于分位；
C)第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
D)刀闸Z12和刀闸Z22处于分位，刀闸Z11和Z21投入合位；
E)极II利用极I直流极线构成金属回线，极II大功率解锁运行。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，其特征在于：所述柔性直流输电系统为对称双极结构；所述配置系统包括第一换流站、第二换流站、极I直流极线、附加金属回线和极II直流极线；所述第一换流站通过极I直流极线、附加金属回线、极II直流极线与第二换流站连接。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，其特征在于：所述第一换流站包括第一IGBT阀、第二IGBT阀、第一中性母线断路器、第二中性母线断路器、第一中性母线接地断路器、刀闸Z11和刀闸Z12。
3.根据权利要求2所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，其特征在于：所述第一IGBT阀的一端连接到极I直流极线，其另一端通过第一中性母线断路器连接第一公共点，所述第一中性母线接地断路器一端连接到第一中性母线断路器与第一公共接地点之间，另一端接地；
所述第二IGBT阀的一端连接到极II直流极线，其另一端通过第二中性母线断路器连接第一公共点，所述第二中性母线断路器同时与第一中性母线断路器连接；
所述刀闸Z11一端连接第一公共点，其另一端连接到第一IGBT阀与极I直流极线之间，所述刀闸Z12一端连接第一公共点，其另一端连接到第二IGBT阀与极II直流极线之间。
4.根据权利要求3所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，其特征在于：所述第二换流站包括第三IGBT阀、第四IGBT阀、第三中性母线断路器、第四中性母线断路器、第二中性母线接地断路器、刀闸Z21和刀闸Z22。
5.根据权利要求4所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，其特征在于：所述极I直流极线的一端连接第一IGBT阀，其另一端连接第三IGBT阀，所述第三IGBT阀的另一端通过第三中性母线断路器连接第二公共点，所述第二中性母线接地断路器一端连接到第三中性母线断路器与第二公共接地点之间，另一端接地；
所述极II直流极线的一端连接第二IGBT阀，其另一端连接第四IGBT阀，所述第四IGBT阀的另一端通过第四中性母线断路器连接第二公共点，所述第四中性母线断路器同时与第三中性母线断路器连接；
所述刀闸Z21一端连接第二公共点，其另一端连接到第三IGBT阀与极I直流极线之间，所述刀闸Z22一端连接第二公共点，其另一端连接到第四IGBT阀与极II直流极线之间。
6.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置系统，其特征在于：所述附加金属回线一端通过大地回路转换断路器连接第一公共点，另一端连接第二公共点。
7.一种柔性直流输电系统中直流开关场的配置方法，其特征在于：所述配置方法具体包括以下步骤：
步骤1：柔性直流输电系统处于第一运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤2：柔性直流输电系统处于第二运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤3：柔性直流输电系统处于第三运行工况时，进行直流开关场的配置；
步骤4：柔性直流输电系统处于第四运行工况时，进行直流开关场的配置。
8.根据权利要求7所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置方法，其特征在于：所述步骤1中，第一运行工况为正常双极运行工况，柔性直流输电系统处于正常双极运行工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤1-1：第一中性母线断路器、第二中性母线断路器、第三中性母线断路器和第四中性母线断路器均投入合位；
步骤1-2：第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
步骤1-3：大地回路转换断路器投入合位，将附加金属回线投入；
步骤1-4：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤1-5：第一IGBT阀与第三IGBT阀以任意功率水平解锁运行，且第二IGBT阀与第四IGBT阀均以任意功率水平解锁运行。
9.根据权利要求7所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置方法，其特征在于：所述步骤2中，第二运行工况为正常单极运行工况，柔性直流输电系统处于正常单极运行工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤2-1：第一中性母线断路器、第三中性母线断路器投入合位且第二中性母线断路器、第四中性母线断路器处于分位，或第一中性母线断路器、第三中性母线断路器处于分位且第二中性母线断路器、第四中性母线断路器投入合位；
步骤2-2：第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
步骤2-3：大地回路转换断路器投入合位，将附加金属回线投入；
步骤2-4：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤2-5：第一IGBT阀与第三IGBT阀以任意功率水平解锁运行，或第二IGBT阀与第四IGBT阀均以任意功率水平解锁运行。
10.根据权利要求7所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置方法，其特征在于：所述步骤3中，第三运行工况为附加金属回线故障工况，柔性直流输电系统处于附加金属回线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
步骤3-1：第一中性母线接地断路器和第二中性母线接地断路器均投入合位；
步骤3-2：大地回路转换断路器处于分位；
步骤3-3：刀闸Z11、刀闸Z12、刀闸Z21和刀闸Z22均处于分位；
步骤3-4：极I直流极线与极II直流极线传输功率相等、极I小功率或极II小功率解锁运行。
11.根据权利要求7所述的柔性直流输电系统中直流开关场的配置方法，其特征在于：所述步骤4中，第四运行工况为附加金属回线与极I直流极线故障工况或附加金属回线与极II直流极线故障工况，柔性直流输电系统处于附加金属回线与极I直流极线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
A)第一中性母线断路器与第三中性母线断路器投入合位，且第二中性母线断路器与第四中性母线断路器处于分位；
B)大地回路转换断路器处于分位；
C)第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
D)刀闸Z12和刀闸Z22投入合位，刀闸Z11和Z21处于分位；
E)极I利用极II直流极线构成金属回线，极I大功率解锁运行；
柔性直流输电系统处于附加金属回线与极II直流极线故障工况时，直流开关场的配置具体包括以下步骤：
A)第二中性母线断路器与第四中性母线断路器投入合位，且第一中性母线断路器与第三中性母线断路器处于分位；
B)大地回路转换断路器处于分位；
C)第一中性母线接地断路器处于分位，第二中性母线接地断路器投入合位；
D)刀闸Z12和刀闸Z22处于分位，刀闸Z11和Z21投入合位；
E)极II利用极I直流极线构成金属回线，极II大功率解锁运行。
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