CN106130057A - 一种具备平抑功率波动功能的直流输电系统 - Google Patents

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贺之渊
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汤广福
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Abstract

本发明提供了一种具备平抑功率波动功能的直流输电系统，其包括：交流侧能量吸收装置(2)、换流变压器(3)、整流侧换流器(4)、直流侧能量吸收装置(5)和逆变侧换流器(6)；整流侧换流器(4)与逆变侧换流器(6)间用直流线路连接，整流侧换流器(4)和逆变侧换流器(6)的一侧分别与换流变压器(3)的一端相连。本发明技术方案提出的交流能量吸收装置和直流系统能量吸收装置，相互间配合使用，提高了全系统的稳定性。

Description

一种具备平抑功率波动功能的直流输电系统
技术领域
本发明涉及直流输电系统，具体讲涉及一种具备平抑功率波动功能的直流输电系统。
背景技术
换相失败(Commutation Failure，CF)是特高压直流输电逆变器较为常见的故障形式，当两个换流阀进行换相时，因换相过程未能完成，或预计关断的换流阀关断后，在反向电压期间未能恢复阻断能力，当加在该换流阀上的电压为正时，立即重新导通，则发生倒换相，预计开通的换流阀重新关断，这种现象称为换相失败。
换相失败的根源在于晶闸管元件的半控特性，晶闸管的开通可以通过触发脉冲控制，但必须对其施加反向电压并持续一段时间，使晶闸管中的载流子游离，恢复阻断能力，才能可靠关断。若施加的反向电压的时间太短，晶闸管一旦承受正向电压，不需触发脉冲也会重新导通。换相失败会引起换流变压器直流偏磁，换流阀过热，过电压等问题，继发性的换相失败还可能引起直流系统闭锁，给电网稳定造成更大的冲击。
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。特高压直流单回输送容量的不断提升，使得“强直弱交”的特征显现，其主要体现在：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，则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。
综上，由于交直流混联电网中“交直流耦合、送受端耦合”两大特性同时显现，受端交流系统的单一故障，可能会引起送端重要断面超过稳定极限或大规模机组脱网。因此，换相失败的危害后果非常严重。
当前对于抵御换相失败的相关技术研究多集中在换流站级控制器参数的优化及控制策略的改进，少数研究成果为换流阀设备的改进，以期减少换相失败故障的发生概率。但对于故障发生后的系统冲击，还未能采取有效措施，因此亟待提出一种具备平抑功率波动功能的直流系统来弥补上述空白。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具备平抑功率波动功能的直流输电系统，包括：交流侧能量吸收装置2、换流变压器3、整流侧换流器4、直流侧能量吸收装置5和逆变侧换流器6；
整流侧换流器4采用直流线路与逆变侧换流器6相连，整流侧换流器4和逆变侧换流器6的一侧分别与换流变压器3的一端相连。
换流变压器3的另一端与交流侧能量吸收装置2相连；
直流侧能量吸收装置5的一侧与逆变侧换流器6并联，另一侧的端与整流侧换流器4相连，另一端接地。
换流变压器3的另一端与所述交流侧能量吸收装置2相连；
直流侧能量吸收装置5的一侧与整流侧换流器4并联，另一侧的一端与逆变侧换流器6相连，另一端接地。
换流变压器3与整流侧换流器4经交流侧能量吸收装置2相连；
直流侧能量吸收装置5的一侧与逆变侧换流器6并联，另一侧的端与整流侧换流器4相连，另一端接地。
换流变压器3与整流侧换流器4经交流侧能量吸收装置2相连；
直流侧能量吸收装置5的一侧与整流侧换流器4并联，另一侧的一端与逆变侧换流器6相连，另一端接地。
交流侧能量吸收装置2的结构包括：串联形式21、并联形式22和混联形式。
并联形式22包括：经开关组件9串联在一起的变压器8和电阻器10。
串联形式21包括：开关组件9，和与所述开关组件9并联的电阻器10。
混联形式包括：τ型组合、Γ型组合、T型组合和π型组合。
直流侧能量吸收装置5包括：串联形式51，并联形式52和混联形式。
串联形式51包括：机械开关14、与机械开关14相连的半导体开关15和电阻16；
电阻16并联在机械开关14和半导体开关15两端。
并联形式52包括：电力电子开关17和与电力电子开关17串联的电阻器18。
并联形式52包括：二极管、电容、电阻和开关；
二极管的阳极与开关相连，二极管的阴极分别与电容和另一开关的一端相连，电容的另一端与电阻的一端相连，另一开关的另一端与电阻的另一端相连。
混联形式包括：τ型组合、Γ型组合、T型组合和π型组合。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1)本发明提出的能量吸收装置，在送端交流电网提供能量回路，使得换相失败发生后，有功功率在交流侧得到消耗；
2)本发明提出的能量吸收装置，使得有功功率在发生换相失败后在直流系统内部得到消耗，避免发生对送端电网造成功率和电压冲击；
3)本发明提出的交流能量吸收装置和直流系统能量吸收装置，相互间配合使用，提高了全系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明的直流系统图；
图2是本发明直流侧能量吸收装置5的另一种安装位置图；
图3是本发明交流侧能量吸收装置2的另一种安装位置图；
图4是本发明交流侧能量吸收装置的四种内部结构图；
图5是本发明交流侧能量吸收装置的两种实现方式图；
图6是本发明直流侧能量吸收装置的四种组合形式图；
图7是本发明直流侧能量吸收装置5的三种典型实施实例图；
图8是本发明的有功功率吸收效果图；
其中：2-交流侧能量吸收装置、3-换流变压器、4-整流侧换流器、5-直流侧能量吸收装置、6-逆变侧换流器、21-交流侧能量吸收装置的串联形式、22-交流侧能量吸收装置的并联形式、51-直流侧能量吸收装置的串联形式，52-直流侧能量吸收装置的并联形式、14-机械开关、15-半导体开关、16-电阻、17-电力电子开关、18-电阻器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明针对换相失败造成的送端交流系统稳定越限，造成大量有功功率缺额的现状，在发生换相失败后给送端功率提供一个回路，减少送端交流系统的功率波动，同时有效减少流过逆变侧换流阀的直流电流，进而提升多馈入直流系统电网安全稳定运行能力。
如图1所示的本发明提供的一种具备平抑功率波动功能的直流输电系统：当外部系统发生换相失败时，投入交流侧能量吸收装置2或者投入直流侧能量吸收装置5，使得功率在以上两类装置内部，或者其中一类装置内部得到消耗，从而平抑送端交流系统的功率波动。
该直流输电系统包括：交流侧能量吸收装置2、换流变压器3、整流侧换流器4、直流侧能量吸收装置5以及逆变侧换流器6。
如图2所示的直流侧能量吸收装置5不但可以安装在逆变侧，也可安装在整流侧。
如图3所示,交流侧能量吸收装置2除如图1所示的安装位置外，也可以安装在换流变压器3和整流侧换流器4之间。其中,交流侧能量吸收装置2的应用形式包括单相和三相两种应用形式，单相形式为每一相安装一台装置，三相形式为一台整体的三相装置。
如图4(a)～(d)所示的交流侧能量吸收装置2的单相结构可以是串联形式21、并联形式22以及混联形式。混联形式的组合形式包括但不限于以下的组合形式：(a)τ型组合、(b)型组合、(c)T型组合、(d)π型组合等。
如图5所示给出了(a)一种并联形式能量吸收装置的实现方式和(b)一种串联形式能量吸收装置的实现方式，但不限于该种形式：交流侧能量吸收装置2主要目的是在交流侧提供一个能量耗散回路，由开关组件9、电阻器10以及其他辅助装置组成(如变压器8及其他附件)。其中，开关组件9可以是电力电子开关，可以是机械开关，也可以是其中的一种或者几种；电阻器10可由若干个电阻单元串并联而成，也可以是整体式，可采用线性电阻，也可采用非线性电阻。
直流侧能量吸收装置5的安装位置，既可以安装在直流滤波器和线路之间，也可以安装在直流滤波器和平波电抗器之间，也可以安装在平波电抗器和换流器之间。其中，直流侧能量吸收装置5的应用形式包括单极和双极两种应用形式。
如图6(a)～(d)所示的直流侧能量吸收装置5可以是串联形式51，也可以是并联形式52，也可以是混联形式。混联形式的组合形式包括但不限于以下组合形式：(a)τ型组合、(b)型组合、(c)T型组合、(d)π型组合等。
如图7所示的三种具体实施方案，但不限于该种连接形式：直流侧能量吸收装置51、52由机械开关14、半导体开关15、电阻16、电力电子开关17、电阻器18以及其他辅助设备(如电容、电感、测量、控制系统等)构成。其中，电阻器18可以由若干个电阻单元串联、并联或者串并联而成，也可以是整体形式，可采用线性电阻，也可采用非线性电阻。
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 (14)

1.一种具备平抑功率波动功能的直流输电系统，其特征在于，包括：交流侧能量吸收装置(2)、换流变压器(3)、整流侧换流器(4)、直流侧能量吸收装置(5)和逆变侧换流器(6)；
所述整流侧换流器(4)与所述逆变侧换流器(6)间用直流线路连接，所述整流侧换流器(4)和所述逆变侧换流器(6)的一侧分别与换流变压器(3)的一端相连。
2.根据权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，所述换流变压器(3)的另一端与所述交流侧能量吸收装置(2)相连；
所述直流侧能量吸收装置(5)的一侧与所述逆变侧换流器(6)并联，其另一侧的一端与所述整流侧换流器(4)相连，其另一端接地。
3.根据权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，所述换流变压器(3)的另一端与所述交流侧能量吸收装置(2)相连；
所述直流侧能量吸收装置(5)的一侧与所述整流侧换流器(4)并联，其另一侧的一端与所述逆变侧换流器(6)相连，其另一端接地。
4.根据权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，所述换流变压器(3)与所述整流侧换流器(4)间连接所述交流侧能量吸收装置(2)；
所述直流侧能量吸收装置(5)的一侧与所述逆变侧换流器(6)并联，其另一侧的一端与所述整流侧换流器(4)相连，其另一端接地。
5.根据权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，所述换流变压器(3)与所述整流侧换流器(4)间连接所述交流侧能量吸收装置(2)；
所述直流侧能量吸收装置(5)的一侧与所述整流侧换流器(4)并联，另一侧的一端与所述逆变侧换流器(6)相连，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，所述交流侧能量吸收装置(2)的结构包括：串联形式(21)、并联形式(22)和混联形式。
7.根据权利要求6所述的直流输电系统，其特征在于，所述串联形式(21)包括：开关组件(9)，及与所述开关组件(9)并联的电阻器(10)。
8.根据权利要求6所述的直流输电系统，其特征在于，所述并联形式(22)包括：经开关组件(9)串联在一起的变压器(8)和电阻器(10)。
9.根据权利要求6所述的直流输电系统，其特征在于，所述混联形式包括：τ型组合、Γ型组合、T型组合和π型组合。
10.根据权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，所述直流侧能量吸收装置(5)包括：串联形式(51)，并联形式(52)和混联形式。
11.根据权利要求10所述的直流输电系统，其特征在于，所述串联形式(51)包括：机械开关(14)、与所述机械开关(14)相连的半导体开关(15)和电阻(16)；
所述电阻(16)并联在所述机械开关(14)和所述半导体开关(15)两端。
12.根据权利要求10所述的直流输电系统，其特征在于，所述并联形式(52)包括：电力电子开关(17)、及与所述电力电子开关(17)串联的电阻器(18)。
13.根据权利要求10所述的直流输电系统，其特征在于，所述并联形式(52)包括：二极管、电容、电阻和开关；
所述二极管的阳极与开关相连，所述二极管的阴极分别与所述电容和另一开关的一端相连，所述电容的另一端与所述电阻的一端相连，所述另一开关的另一端与所述电阻的另一端相连。
14.根据权利要求10所述的直流输电系统，其特征在于，所述混联形式包括：τ型组合、Γ型组合、T型组合和π型组合。
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