CN105743115A - 用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置和方法，该并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；该方法预测、防御并修复直流输电换相失败故障.本发明提出的装置及方法在换相失败等故障的预测阶段实现了快速减小直流电流，大幅降降低相失败发生几率；在发生故障之后，该装置及方法能够快速消耗直流功率，降低送端交流系统过剩功率；在系统恢复阶段，该装置及方法避免了逆变侧再次发生故障，提升系统恢复速度，有效解决了直流输电换相失败故障的防御及修复问题，提高了直流输电系统运行的安全性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电用直流功率旁路技术领域，具体涉及一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置和方法。
背景技术
随着“西电东送”战略逐步实施，特高压直流输电工程集中投运，我国已成为世界上容量、规模最大的交直流混联电网的国家。特高压直流单回输送容量的不断提升，使得“强直弱交”特征显现，主要体现在：一是受端电网多为负荷中心，多直流馈入落点集中，各逆变站间电气距离较近，换流站近区交流系统故障可能导致多回直流同时发生换相失败；二是送端电网为能源集中区域，交流系统联系相对薄弱，若逆变侧换相失败引起直流功率输送发生暂时中断，将导致送端电网部分重要断面超过稳定极限、部分火电机组超速、风电机组因低压或高压大规模脱网，严重威胁系统安全稳定运行。
目前尚未有能够快速且有效解决直流输电系统中发生换相失败故障的方法或设备，因此，如何设计一种同时用于防御及修复直流输电系统中发生换相失败故障的方法或设备，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置和方法，该装置及方法在换相失败等故障的预测阶段实现了快速减小直流电流，大幅降降低相失败发生几率；在发生故障之后，该装置及方法能够快速消耗直流功率，降低送端交流系统过剩功率；在系统恢复阶段，该装置及方法避免了逆变侧再次发生故障，提升系统恢复速度，有效解决了直流输电换相失败故障的防御及修复问题，提高了直流输电系统运行的安全性及稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置，所述并联防御及修复装置并联在靠近逆变侧换流器的直流输电线路上，且所述并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；
所述可控投切单元的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述可控投切单元的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接；
所述电阻耗能回路的二次侧与所述逆变侧换流器二次侧的所述直流输电线路连接。
优选的，所述可控投切单元为晶闸管串，所述晶闸管串包括多个串联的晶闸管；
所述晶闸管串的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述晶闸管串的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接。
优选的，所述可控投切单元为IGBT组串，所述IGBT组串包括多个串联的IGBT；
所述IGBT组串的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述IGBT组串的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接。
优选的，所述可控投切单元为IGCT组串，所述IGBT组串包括多个串联的IGCT；
所述IGCT组串的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述IGCT组串的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接。
优选的，所述晶闸管包括壳体、设置在所述壳体内的晶闸管本体及受控开关单元，且所述受控开关单元与所述晶闸管本体连接；
所述壳体包括上导电盖板、下导电盖板及夹设在上导电盖板与下导电盖板之间的连接绝缘环；
所述晶闸管本体与所述上导电盖板及下导电盖板之间分别设有导电防护层，所述导电防护层包括两层导电板及设置在两层导电板之间的绝缘板；
所述晶闸管本体与所述连接绝缘环之间设有缓冲垫，且所述缓冲垫为蜂窝状缓冲垫；
所述连接绝缘环的外壁上设有均匀分布的透气孔，且所述透气孔上设有防尘网。
一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：实时监测并判断输电线路整流侧的换流阀是否出现故障；
若是，则预测直流输电线路上存在发生换相失败的可能性；进入步骤2；
若否，则继续监控所述换流阀；
步骤2.对所述直流输电线路的换相失败进行防御，检测所述换流阀的工作状态是否恢复正常；
若是，则进入步骤3；
若否，则判定所述直流输电线路发生换相失败的故障，进入步骤4；
步骤3.恢复原有直流输电线路的功率传输；
步骤4.控制并修复直流输电线路上的换相失败故障，使得所述直流输电线路恢复正常运行状态。
优选的，所述步骤1之前还包括：
将并联防御及修复装置并联设置在靠近逆变侧换流器的直流输电线路上，其中，所述并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；
所述可控投切单元为晶闸管或IGBT。
优选的，所述步骤2包括：
2-1.控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路投入到逆变侧直流输电线路中，投入到逆变侧直流输电线路后的所述并联回路降低逆变侧换流阀流入的直流电流、减小换相角并降低换相失败发生概率；
2-2.检测所述换流阀的工作状态是否恢复正常；
若是，则进入步骤3；
若否，则判定所述直流输电线路发生换相失败的故障，进入步骤4。
优选的，所述步骤3包括：
控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路从逆变侧直流输电线路中切除，恢复原有直流输电线路的功率传输。
优选的，所述步骤4包括：
4-1.控制输电线路整流侧的换流阀恢复运行；
4-2.控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路投入到逆变侧直流输电线路中；
4-3.控制所述逆变侧换流阀恢复运行；
4-4.控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路从逆变侧直流输电线路中切除，使得所述直流输电线路恢复正常运行状态，完成直流输电线路上的换相失败故障的修复。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置和方法，该并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；该方法预测、防御并修复直流输电换相失败故障。本发明提出的装置及方法在换相失败等故障的预测阶段实现了快速减小直流电流，大幅降降低相失败发生几率；在发生故障之后，该装置及方法能够快速消耗直流功率，降低送端交流系统过剩功率；在系统恢复阶段，该装置及方法避免了逆变侧再次发生故障，提升系统恢复速度，有效解决了直流输电换相失败故障的防御及修复问题，提高了直流输电系统运行的安全性及稳定性。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明所提供的技术方案中，并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；该装置拓扑结构简单，控制容易，工程适用性强，有效解决了直流输电换相失败故障的防御及修复问题。
2、本发明所提供的技术方案，防御装置在换相失败预测时降低直流电流，减小逆变侧关断角，大幅降低换相失败发生的概率；
3、本发明所提供的技术方案，防御装置在逆变侧发生换相失败后消耗送端过剩的功率，大幅提升送端系统暂态稳定性；
4、本发明所提供的技术方案，防御装置在换相失败恢复时降低逆变侧再次发生换相失败的概率，提高系统恢复速度。
5、本发明所提供的技术方案，防御及修复方法通过预测、防御并修复直流输电换相失败故障，在换相失败等故障的预测阶段实现了快速减小直流电流，大幅降降低相失败发生几率；在发生故障之后，该装置及方法能够快速消耗直流功率，降低送端交流系统过剩功率；在系统恢复阶段，该装置及方法避免了逆变侧再次发生故障，提升系统恢复速度，有效解决了直流输电换相失败故障的防御及修复问题，提高了直流输电系统运行的安全性及稳定性。
6、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置的结构示意图；
图2是本发明的并联防御及修复装置中的可控投切单元为晶闸管串的结构示意图；
图3是本发明的并联防御及修复装置中的可控投切单元为IGBT串的结构示意图；
图4是本发明的并联防御及修复装置中的晶闸管的结构示意图；
图5是本发明的一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复方法的示意图。
1-并联防御及修复装置；2-逆变侧换流器；3-直流输电线路；4-可控投切单元；5-电阻耗能回路；6-晶闸管；7-IGBT；8-壳体；9-晶闸管本体；10-受控开关单元；801-上导电盖板；802-下导电盖板；803-连接绝缘环；11-导电板；12-绝缘板；13-缓冲垫；14-透气孔；15-防尘网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置，并联防御及修复装置1并联在靠近逆变侧换流器2的直流输电线路3上，且并联防御及修复装置1包括可控投切单元4及电阻耗能回路5；
可控投切单元4的一次侧与逆变侧换流器2一次侧的直流输电线路3连接；
可控投切单元4的二次侧与电阻耗能回路5的一次侧连接；
电阻耗能回路5的二次侧与逆变侧换流器2二次侧的直流输电线路3连接。
如图2所示，可控投切单元4为晶闸管串，晶闸管串包括多个串联的晶闸管6；
晶闸管串的一次侧与逆变侧换流器2一次侧的直流输电线路3连接；
晶闸管串的二次侧与电阻耗能回路5的一次侧连接。
如图3所示，可控投切单元4为IGBT组串，IGBT组串包括多个串联的IGBT7；
IGBT组串的一次侧与逆变侧换流器2一次侧的直流输电线路3连接；
IGBT组串的二次侧与电阻耗能回路5的一次侧连接。
图3中的可控投切单元还可以为IGCT组串，IGBT组串包括多个串联的IGCT；
IGCT组串的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
IGCT组串的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接。
另外，本发明的投切单元中除了晶闸管组串、IGBT组串及IGCT组串之外，还可采用其他具备开关属性的电力电子器件。
如图4所示，晶闸管6包括壳体8、设置在壳体8内的晶闸管本体9及受控开关单元10，且受控开关单元10与晶闸管本体9连接；
壳体8包括上导电盖板801、下导电盖板802及夹设在上导电盖板801与下导电盖板802之间的连接绝缘环803。
其中，晶闸管本体9与上导电盖板801及下导电盖板802之间分别设有导电防护层，导电防护层包括两层导电板11及设置在两层导电板11之间的绝缘板12；
晶闸管本体9与连接绝缘环803之间设有缓冲垫13，且缓冲垫13为蜂窝状缓冲垫；
连接绝缘环803的外壁上设有均匀分布的透气孔14，且透气孔14上设有防尘网15。
如图5所示，一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复方法，包括如下步骤：
步骤1：实时监测并判断输电线路整流侧的换流阀是否出现故障；
若是，则预测直流输电线路上存在发生换相失败的可能性；进入步骤2；
若否，则继续监控换流阀；
步骤2.对直流输电线路的换相失败进行防御，检测换流阀的工作状态是否恢复正常；
若是，则进入步骤3；
若否，则判定直流输电线路发生换相失败的故障，进入步骤4；
步骤3.恢复原有直流输电线路的功率传输；
步骤4.控制并修复直流输电线路上的换相失败故障，使得直流输电线路恢复正常运行状态。
即在换相失败等故障的预测阶段，站级控制保护系统监测到故障后，发出一个信号，换流阀预测到可能发生换相失败或其他故障时时，通过控制晶闸管、IGBT等可控元件将并联回路投入到逆变侧直流线路中，降低逆变侧换流阀流入的直流电流，减小换相角，降低换相失败发生概率。
换流阀工作状态恢复到正常之后，通过控制晶闸管、IGBT等可控元件将并联回路从直流线路中切除，恢复原有直流线路功率传输。
而在换相失败恢复阶段，首先将整流侧换流阀恢复运行，其次控制晶闸管、IGBT等可控元件将并联回路投入到逆变侧直流线路中，然后将逆变侧换流阀恢复运行，当逆变侧换流阀稳定运行之后，控制晶闸管、IGBT等可控元件将并联回路从直流线路中切除，恢复直流系统正常运行状态。
其中，步骤1之前还包括：
将并联防御及修复装置并联设置在靠近逆变侧换流器的直流输电线路上，其中，并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；
可控投切单元为晶闸管或IGBT。
其中，步骤2包括：
2-1.控制晶闸管或IGBT将并联防御及修复装置所在的并联回路投入到逆变侧直流输电线路中，投入到逆变侧直流输电线路后的并联回路降低逆变侧换流阀流入的直流电流、减小换相角并降低换相失败发生概率；
2-2.检测换流阀的工作状态是否恢复正常；
若是，则进入步骤3；
若否，则判定直流输电线路发生换相失败的故障，进入步骤4。
其中，步骤3包括：
控制晶闸管或IGBT将并联防御及修复装置所在的并联回路从逆变侧直流输电线路中切除，恢复原有直流输电线路的功率传输。
其中，步骤4包括：
4-1.控制输电线路整流侧的换流阀恢复运行；
4-2.控制晶闸管或IGBT将并联防御及修复装置所在的并联回路投入到逆变侧直流输电线路中；
4-3.控制逆变侧换流阀恢复运行；
4-4.控制晶闸管或IGBT将并联防御及修复装置所在的并联回路从逆变侧直流输电线路中切除，使得直流输电线路恢复正常运行状态，完成直流输电线路上的换相失败故障的修复。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复装置，其特征在于，所述并联防御及修复装置并联在靠近逆变侧换流器的直流输电线路上，且所述并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；
所述可控投切单元的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述可控投切单元的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接；
所述电阻耗能回路的二次侧与所述逆变侧换流器二次侧的所述直流输电线路连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可控投切单元为晶闸管串，所述晶闸管串包括多个串联的晶闸管：
所述晶闸管串的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述晶闸管串的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可控投切单元为IGBT组串，所述IGBT组串包括多个串联的IGBT；
所述IGBT组串的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述IGBT组串的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可控投切单元为IGCT组串，所述IGBT组串包括多个串联的IGCT；
所述1GCT组串的一次侧与所述逆变侧换流器一次侧的所述直流输电线路连接；
所述IGCT组串的二次侧与所述电阻耗能回路的一次侧连接。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述晶闸管包括壳体、设置在所述壳体内的晶闸管本体及受控开关单元，且所述受控开关单元与所述晶闸管本体连接；
所述壳体包括上导电盖板、下导电盖板及夹设在上导电盖板与下导电盖板之间的连接绝缘环；
所述晶闸管本体与所述上导电盖板及下导电盖板之间分别设有导电防护层，所述导电防护层包括两层导电板及设置在两层导电板之间的绝缘板；
所述晶闸管本体与所述连接绝缘环之间设有缓冲垫，且所述缓冲垫为蜂窝状缓冲垫；
所述连接绝缘环的外壁上设有均匀分布的透气孔，且所述透气孔上设有防尘网。
6.一种用于直流输电换相失败故障的并联防御及修复方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：实时监测并判断输电线路整流侧的换流阀是否出现故障：
若是，则预测直流输电线路上存在发生换相失败的可能性；进入步骤2；
若否，则继续监控所述换流阀：
步骤2.对所述直流输电线路的换相失败进行防御，检测所述换流阀的工作状态是否恢复正常；
若是，则进入步骤3；
若否，则判定所述直流输电线路发生换相失败的故障，进入步骤4；
步骤3.恢复原有直流输电线路的功率传输：
步骤4.控制并修复直流输电线路上的换相失败故障，使得所述直流输电线路恢复正常运行状态。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1之前还包括：
将并联防御及修复装置并联设置在靠近逆变侧换流器的直流输电线路上，其中，所述并联防御及修复装置包括可控投切单元及电阻耗能回路；
所述可控投切单元为晶闸管或IGBT。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
2-1.控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路投入到逆变侧直流输电线路中，投入到逆变侧直流输电线路后的所述并联回路降低逆变侧换流阀流入的直流电流、减小换相角并降低换相失败发生概率；
2-2.检测所述换流阀的工作状态是否恢复正常；
若是，则进入步骤3：
若否，则判定所述直流输电线路发生换相失败的故障，进入步骤4。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路从逆变侧直流输电线路中切除，恢复原有直流输电线路的功率传输。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
4-1.控制输电线路整流侧的换流阀恢复运行；
4-2.控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路投入到逆变侧直流输电线路中：
4-3.控制所述逆变侧换流阀恢复运行：
4-4.控制晶闸管或IGBT将所述并联防御及修复装置所在的并联回路从逆变侧直流输电线路中切除，使得所述直流输电线路恢复正常运行状态，完成直流输电线路上的换相失败故障的修复。
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