CN106451517A - 一种用于特高压直流输电的多端馈入系统 - Google Patents

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姚蜀军
田春筝
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Abstract

本发明提供一种用于特高压直流输电的多端馈入系统，所述系统包括整流站，用于将来自于送端交流电网的交流电转换为直流电；直流输电线路，用于将所述直流电传输给逆变站；逆变站，用于将所述直流电转换为交流电，并传输给受端交流电网；控制系统，用于对整流站和逆变站进行控制。本发明利用特高压直流输电分极接入拓扑形式将大容量的直流功率输送至不同的负荷区域，并显著提高受端交流系统对直流功率的接纳能力，增强在进行大功率传输时的功率稳定性；在两个受端交流电网为不同区域的异步交流电网时，如果单极发生故障，另一极受影响很小，具有良好的响应特性，不影响该极的直流功率传输，实现对故障的极间隔离。

Description

一种用于特高压直流输电的多端馈入系统
技术领域
本发明涉及电力传输领域，具体涉及一种用于特高压直流输电的多端馈入系统。
背景技术
我国能源分布与经济发展水平极不均衡，为将电能从经济发展水平较为落后的西北、西南地区输送至用电需求较高的华东、华南地区，特高压直流输电以其在远距离、大容量输送电能上的明显优势而获得快速发展与应用。目前大多数的特高压直流输电工程为传统线路换相换流器(LCC)型两端系统，如已经投运的向家坝-上海、锦屏-苏南、哈密-郑州±800kV特高压直流输电工程。
传统的特高压直流输电双端系统仅能实现点对点的直流功率传送，当电能输送容量过大时会对受端电网的支撑能力提出很高要求，特别是目前我国多条高压直流输电线路的受端落点电气距离很近，形成多馈入直流输电系统的时候，一次故障可能引起多个逆变站同时或相继发生换相失败，甚至导致直流功率传输的中断，给整个直流输电系统带来巨大冲击，对电网的安全稳定运行造成巨大威胁。
当输送容量超过5000MW时，通常一个受端落点可能无法消纳如此大的电能，所以采用多个分散式的受端来消纳直流功率成为必要，在故障条件下对交流系统的冲击影响也会变小，为解决多落点受电的问题，对特高压直流输电多端馈入的研究具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于特高压直流输电的多端馈入系统，针对目前国内特高压直流输电传输功率过大对受端交流系统产生较大冲击的问题进行分析，从电网结构上提出一种分极接入方式，解决特高压直流输电多落点受电的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种用于特高压直流输电的多端馈入系统，所述系统包括：
整流站，用于将来自于送端交流电网的交流电转换为直流电；
直流输电线路，用于将所述直流电传输给逆变站；
逆变站，用于将所述直流电转换为交流电，并传输给受端交流电网；
控制系统，用于对整流站和逆变站进行控制。
所述整流站与逆变站均采用每极两个12脉动换流器串联的主接线方式。
所述逆变站包括第一逆变站和第二逆变站；
所述直流输电线路包括极I直流输电线路和极II直流输电线路；
所述受端交流电网包括第一受端交流电网和第二受端交流电网。
所述整流站的的正极输出端通过极I直流输电线路连接第一逆变站，其负极输出端通过极II直流输电线路连接第二逆变站。
所述第一逆变站通过第一换流母线连接第一受端交流电网，所述第二逆变站通过第二换流母线连接第二受端交流电网；
所述第一换流母线和第二换流母线之间通过互联变压器和互联阻抗连接。
所述控制系统包括主控制单元、极控制单元和阀组控制单元；
所述极控制单元包括位于整流站的极控制单元和位于逆变站的极控制单元；
所述阀组控制单元包括位于整流站的阀组控制单元和位于逆变站的阀组控制单元。
所述主控制单元通过位于整流站的极控制单元连接位于整流站的阀组控制单元，所述位于整流站的阀组控制单元控制整流站的换流阀；
所述主控制单元通过位于逆变站的极控制单元连接位于逆变站的阀组控制单元，所述位于逆变站的阀组控制单元控制逆变站的换流阀。
所述位于整流站的极控制单元和位于逆变站的极控制单元通过通讯线路进行通信。
所述极控制单元包括极功率控制模块、低压限流控制模块、电流控制放大器、换相失败预测控制模块、电压控制放大器、最大触发角限制控制模块、整流侧最小触发角限制控制模块和熄弧角零启动控制模块。
所述主控制单元输出极功率指令给极功率控制模块，所述极功率控制模块接收极功率指令，并将极功率指令转换为电流指令IORD，所述电流指令IORD经过低压限流控制模块限幅后得到经过限幅的电流指令IORD_LIM，所述经过限幅的电流指令IORD_LIM传输给电流控制放大器，所述电流控制放大器将IORD_LIM转换为换流阀触发角αORD并输出；所述换相失败预测控制模块、电压控制放大器、最大触发角限制控制模块、整流侧最小触发角限制控制模块和熄弧角零启动控制模块对αORD起限幅作用。
所述换相失败预测控制模块通过对交流电压的监测判断逆变站是否发生换相失败；
所述电压控制放大器对直流系统在降压运行方式下起定电压控制的作用；
所述最大触发角限制控制模块根据换相失败预测控制模块的判断结果输出保证直流系统安全运行的最大触发角；
所述整流侧最小触发角限制控制模块判断整流侧发生故障的严重程度并保证电流控制放大器输出最小触发角；
所述熄弧角零启动控制模块将逆变侧的熄弧角置于设定的熄弧角最小值，以提升直流电压，从而加快直流系统的恢复速度。
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有益效果：
本发明利用特高压直流输电分极接入拓扑形式将大容量的直流功率输送至不同的负荷区域，并显著提高受端交流系统对直流功率的接纳能力，增强在进行大功率传输时的功率稳定性；在两个受端交流电网为不同区域的异步交流电网时，如果单极发生故障，另一极受影响很小，具有良好的响应特性，不影响该极的直流功率传输，实现对故障的极间隔离。
附图说明
图1是本发明实施例中用于特高压直流输电的多端馈入系统结构图；
图2是本发明实施例中控制系统结构框图；
图3是本发明实施例中极控制单元结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种用于特高压直流输电的多端馈入系统，如图1所示，所述系统包括：
整流站，用于将来自于送端交流电网的交流电转换为直流电；
直流输电线路，用于将所述直流电传输给逆变站；
逆变站，用于将所述直流电转换为交流电，并传输给受端交流电网；
控制系统，用于对整流站和逆变站进行控制。
所述整流站与逆变站均采用每极两个12脉动换流器串联的主接线方式。
所述逆变站包括第一逆变站和第二逆变站；
所述直流输电线路包括极I直流输电线路和极II直流输电线路；
所述受端交流电网包括第一受端交流电网和第二受端交流电网。
所述整流站的的正极输出端通过极I直流输电线路连接第一逆变站，其负极输出端通过极II直流输电线路连接第二逆变站。第一逆变站和第二逆变站可根据负荷需求建于两个相距较远的地区，通过接地极线共用接地极，也可将第一逆变站和第二逆变站建于同一个站内，由不同的换流母线通过较长的交流输电线路将功率输送受端。由于极I直流输电线路和极II直流输电线路电流相同，所以在稳态运行状态下接地极中并无明显的不平衡电流流过。
本发明中第一逆变站通过第一换流母线连接第一受端交流电网，所述第二逆变站通过第二换流母线连接第二受端交流电网；其不像传统两端直流输电中需要对双极功率进行控制，在一极发生故障时由于电压下降通过Pd/Vd单元计算得到的电流参考值将变大使健全极过负荷运行以保证总功率传输，调控使该极电流过大还易引起换相失败，所以为保证在发生单极故障时不会对健全极产生较大扰动，实现极间故障隔离，在分极接入的系统分层结构中取消双极控制。
所述第一换流母线和第二换流母线之间通过互联变压器和互联阻抗连接。
如图2所示，所述控制系统包括主控制单元、极控制单元和阀组控制单元；
所述极控制单元包括位于整流站的极控制单元和位于逆变站的极控制单元；
所述阀组控制单元包括位于整流站的阀组控制单元和位于逆变站的阀组控制单元。
所述主控制单元通过位于整流站的极控制单元连接位于整流站的阀组控制单元，所述位于整流站的阀组控制单元控制整流站的换流阀；
所述主控制单元通过位于逆变站的极控制单元连接位于逆变站的阀组控制单元，所述位于逆变站的阀组控制单元控制逆变站的换流阀。
所述位于整流站的极控制单元和位于逆变站的极控制单元通过通讯线路进行通信。
如图3所示，所述极控制单元包括极功率控制模块(PPC，pole power control)、低压限流控制模块(VDCOL，voltage dependent current order limiter)、电流控制放大器(CCA，current control amplifier)、换相失败预测控制模块(CFPRED，commutationfailure prediction)、电压控制放大器(VCA，voltage control amplifier)、最大触发角限制控制模块(AMAX，alpha max)、整流侧最小触发角限制控制模块(RAML，Rectifieralpha min limiter)和熄弧角零启动控制模块(GAMMA0)。
所述主控制单元输出极功率指令给极功率控制模块，所述极功率控制模块接收极功率指令，并将极功率指令转换为电流指令IORD，所述电流指令IORD经过低压限流控制模块限幅后得到经过限幅的电流指令IORD_LIM，所述经过限幅的电流指令IORD_LIM传输给电流控制放大器，所述电流控制放大器将IORD_LIM转换为换流阀触发角αORD并输出；所述换相失败预测控制模块、电压控制放大器、最大触发角限制控制模块、整流侧最小触发角限制控制模块和熄弧角零启动控制模块对αORD起限幅作用。图3中，IDC为直流电流，ALPHA_MIN_REC表示整流侧最小触发角，ALPHA_MIN_INV表示逆变侧最小触发角，REC表示整流侧，INV表示逆变侧，ΔI表示电流裕度。
所述换相失败预测控制模块通过对交流电压的监测判断逆变站是否发生换相失败；
所述电压控制放大器对直流系统在降压运行方式下起定电压控制的作用；
所述最大触发角限制控制模块根据换相失败预测控制模块的判断结果输出保证直流系统安全运行的最大触发角；
所述整流侧最小触发角限制控制模块判断整流侧发生故障的严重程度并保证电流控制放大器输出最小触发角；
所述熄弧角零启动控制模块将逆变侧的熄弧角置于设定的熄弧角最小值，以提升直流电压，从而加快直流系统的恢复速度。
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 (10)

1.一种用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述系统包括：
整流站，用于将来自于送端交流电网的交流电转换为直流电；
直流输电线路，用于将所述直流电传输给逆变站；
逆变站，用于将所述直流电转换为交流电，并传输给受端交流电网；
控制系统，用于对整流站和逆变站进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述整流站与逆变站均采用每极两个12脉动换流器串联的主接线方式；
优选的，所述逆变站包括第一逆变站和第二逆变站；
所述直流输电线路包括极I直流输电线路和极II直流输电线路；
所述受端交流电网包括第一受端交流电网和第二受端交流电网。
3.根据权利要求2所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述整流站的的正极输出端通过极I直流输电线路连接第一逆变站，其负极输出端通过极II直流输电线路连接第二逆变站。
4.根据权利要求3所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述第一逆变站通过第一换流母线连接第一受端交流电网，所述第二逆变站通过第二换流母线连接第二受端交流电网；
所述第一换流母线和第二换流母线之间通过互联变压器和互联阻抗连接。
5.根据权利要求1所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述控制系统包括主控制单元、极控制单元和阀组控制单元；
所述极控制单元包括位于整流站的极控制单元和位于逆变站的极控制单元；
所述阀组控制单元包括位于整流站的阀组控制单元和位于逆变站的阀组控制单元。
6.根据权利要求5所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述主控制单元通过位于整流站的极控制单元连接位于整流站的阀组控制单元，所述位于整流站的阀组控制单元控制整流站的换流阀；
所述主控制单元通过位于逆变站的极控制单元连接位于逆变站的阀组控制单元，所述位于逆变站的阀组控制单元控制逆变站的换流阀。
7.根据权利要求6所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述位于整流站的极控制单元和位于逆变站的极控制单元通过通讯线路进行通信。
8.根据权利要求7所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述极控制单元包括极功率控制模块、低压限流控制模块、电流控制放大器、换相失败预测控制模块、电压控制放大器、最大触发角限制控制模块、整流侧最小触发角限制控制模块和熄弧角零启动控制模块。
9.根据权利要求8所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述主控制单元输出极功率指令给极功率控制模块，所述极功率控制模块接收极功率指令，并将极功率指令转换为电流指令IORD，所述电流指令IORD经过低压限流控制模块限幅后得到经过限幅的电流指令IORD_LIM，所述经过限幅的电流指令IORD_LIM传输给电流控制放大器，所述电流控制放大器将IORD_LIM转换为换流阀触发角αORD并输出；所述换相失败预测控制模块、电压控制放大器、最大触发角限制控制模块、整流侧最小触发角限制控制模块和熄弧角零启动控制模块对αORD起限幅作用。
10.根据权利要求9所述的用于特高压直流输电的多端馈入系统，其特征在于：所述换相失败预测控制模块通过对交流电压的监测判断逆变站是否发生换相失败；
所述电压控制放大器对直流系统在降压运行方式下起定电压控制的作用；
所述最大触发角限制控制模块根据换相失败预测控制模块的判断结果输出保证直流系统安全运行的最大触发角；
所述整流侧最小触发角限制控制模块判断整流侧发生故障的严重程度并保证电流控制放大器输出最小触发角；
所述熄弧角零启动控制模块将逆变侧的熄弧角置于设定的熄弧角最小值，以提升直流电压，从而加快直流系统的恢复速度。
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