CN107732894A - 一种三端直流输电系统及其换流站的控制方法 - Google Patents

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李泰�
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陈朋
苏进国
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肖龙
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吴战锋
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鲁庆华
霍城辉
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    • Y02E60/60Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明涉及一种三端直流输电系统及其换流站的控制方法,通过在三个换流站中设置的两个开关组合,在需要将一个换流站从整流模式切换至逆变模式、另一个换流站从逆变模式切换至整流模式时,只需控制相应开关组合的通断,就能实现换流站运行模式的快速切换,保证运行模式的可靠切换,降低了投资与成本,使故障反应速度更加迅速。

Description

一种三端直流输电系统及其换流站的控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于多端直流输电技术领域,具体涉及一种三端直流输电系统及其换流站 的控制方法。
背景技术
[0002] 随着电力系统的不断发展,直流输电在电网中的应用逐年增加。相比于传统的交 流输电,高压直流输电具有线路造价低、功率损耗小、无需无功补偿等优点,更适合大容量 远距离传输。为解决我国能源和经济发展的不平衡问题而制定的“西电东送,全国联网”战 略中,高压直流输电都发挥了关键作用。
[0003] 然而,传统的直流输电依然停留在点对点传输的两端直流输电系统水平上。随着 新能源的发展,分布式电源的并网,多电源供电以及多落点受电的电网需求,多端直流输电 系统开始受到广泛关注。
[0004] 相比于两端直流输电网络,多端直流输电网络能够节约线路走廊,降低运行成本, 供电可靠性及灵活性更好,系统冗余配置能够适应不同的供电模式,潮流控制更为灵活安 全,对于新能源对电网安全稳定运行的影响也有极大的改善作用。
[0005] 由于直流断路器技术发展的限制,故障处理技术严重制约了多端直流输电系统的 发展。目前,多端直流输电系统可分为串联型和并联型两种,串联型换流站之间以同等级直 流电流运行,功率分配由直流电压决定,并联型换流站之间以同等级直流电压运行,功率分 配由直流电流决定。但是,目前所提出的多端直流输电系统拓扑有着造价高、经济性差,调 节范围小,潮流反转实现困难,故障处理机制不完善等缺点,限制了多端直流输电系统的工 程应用。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种三端直流输电系统及其换流站的控制方法,用于解决现 有三端直流输电系统中换流站运行模式切换慢且不可靠的问题。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明提出一种三端直流输电系统,包括以下解决方案:
[0008] 包括三个并联的直流换流站,还包括两个开关组合,分别为第一开关组合和第二 开关组合,每个开关组合均设置有三个端子,每两个端子之间通过开关连接;所述三个直流 换流站的主接线方式均为双极接地模式,三个直流换流站的正极线路分别连接第一开关组 合的三个端子,三个直流换流站的负极线路分别连接第二开关组合的三个端子;
[0009] 每个直流换流站的正极换流器通过第一开关连接各自直流换流站的正极线路,每 个直流换流站的负极换流器通过第二开关连接各自直流换流站的负极线路。
[0010] 每个直流换流站的正极换流器还通过第三开关连接各自换流站的负极线路,每个 直流换流站的负极换流器还通过第四开关连接各自换流站的正极线路。
[0011] 所述两个开关组合设置在其中一个直流换流站内。
[0012] 三端直流输电系统还包括分别连接每个直流换流站的正极母线和负极母线,所述 第一开关通过正极母线连接所述正极线路,所述第二开关通过负极母线连接所述负极线 路。
[0013] 为解决上述技术问题,本发明还提出一种三端直流输电系统中换流站的控制方 法,包括以下解决方案:
[0014] 三端直流输电系统包括三个并联的直流换流站,还包括两个开关组合,分别为第 一开关组合和第二开关组合,每个开关组合均设置有三个端子,每两个端子之间通过开关 连接;所述三个直流换流站的主接线方式均为双极接地模式,三个直流换流站的正极线路 分别连接第一开关组合的三个端子,三个直流换流站的负极线路分别连接第二开关组合的 三个端子;
[0015] 当两个直流换流站需要切换运行模式时,将其中运行于整流模式的直流换流器作 为第一换流站,将另一个运行于逆变模式的直流换流站作为第二换流站时,采用以下步骤 切换运行模式:
[0016] 1)闭锁第一换流站和第二换流站,通过控制第一开关组合、第二开关组合断开第 一换流站和第二换流站的连接;
[0017] 2)控制所述第一换流站从整流模式切换至逆变模式,控制所述第二换流站从逆变 模式切换至整流模式;
[0018] 3)控制第一开关组合、第二开关组合连通第一换流站和第二换流站的连接,解锁 第一换流站和第二换流站。
[0019] 每个直流换流站的正极换流器通过第一开关连接各自直流换流站的正极线路,每 个直流换流站的负极换流器通过第二开关连接各自直流换流站的负极线路。
[0020] 每个直流换流站的正极换流器还通过第三开关连接各自换流站的负极线路,每个 直流换流站的负极换流器还通过第四开关连接各自换流站的正极线路。
[0021] 所述两个开关组合设置在其中一个直流换流站内。
[0022] 三端直流输电系统还包括分别连接每个直流换流站的正极母线和负极母线,所述 第一开关通过正极母线连接所述正极线路,所述第二开关通过负极母线连接所述负极线 路。
[0023] 每个换流站的极性按照以下步骤进行转换:
[0024] (1)闭锁需要转换极性的换流站,控制第一开关组合与第二开关组合,断开所述转 换极性的换流站与其他换流站的连接;
[0025] (2)断开所述转换极性的换流站中的第一开关和第二开关,闭合所述转换极性的 换流站中的第三开关和第四开关;
[0026] (3)控制第一开关组合与第二开关组合,连通所述转换极性的换流站与其他换流 站的连接,解锁极性转换后的换流站。
[0027] 本发明的有益效果是:
[0028] 本发明通过在三个换流站中设置的两个开关组合,在需要将一个换流站从整流模 式切换至逆变模式、另一个换流站从逆变模式切换至整流模式时,只需控制相应开关组合 的通断,就能实现换流站运行模式的快速切换慢,保证运行模式的可靠切换。
[0029] 本发明将快速直流开关集中配置在一个换流站,节省了数量,降低投资与成本,故 障反应速度更加迅速,各端隔离开关的配置,与快速直流开关的有效配合,能够迅速实现系 统的极性转换及传输功率反转,控制更加灵活。
附图说明
[0030] 图1是三端直流输电系统的结构图;
[0031] 图2是三端直流输电系统极性转换控制过程图;
[0032] 图3是三端直流输电系统线路故障示意图;
[0033]图4-1是三端直流输电系统中S1站运行于整流模式、S2站运行于逆变模式的示意 图;
[0034]图4-2是闭锁S1、S3换流站的示意图;
[0035]图4-3是断开S2换流站的快速开关Q14S2、Q17S2的示意图;
[0036] 图4-4是断开S1换流站的Q1S1、Q2S1、Q5S1和Q6S1,闭合S1换流站的Q3S1、Q4S1、 Q7S1 和Q8S1,断开S3换流站的Q1S3、Q2S3、Q5S3和Q6S3,闭合S3换流站的Q3S3、Q4S3、Q7S3和 Q8S3的不意图;
[0037]图4-5是闭合S2换流站的快速开关Q14S2、Q17S2的示意图;
[0038]图4-6是解锁S1、S3换流站,S1运行于逆变模式,S3运行于整流模式的示意图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
[0040] 实施例一:
[0041]本实施例的三端直流输电系统,包括三个并联的直流换流站,还包括两个开关组 合,分别为第一开关组合和第二开关组合,每个开关组合均设置有三个端子,每两个端子之 间通过开关连接;所述三个直流换流站的主接线方式均为双极接地模式,三个直流换流站 的正极线路分别连接第一开关组合的三个端子,三个直流换流站的负极线路分别连接第二 开关组合的三个端子。三个直流换流站的其中一个直流换流站设置有公共接地点,剩余的 直流换流站的中性母线均连接到所述公共接地点上。
[0042]基于上述结构的三端直流输电系统,当需要切换运行模式的两个直流换流站的其 中一个作为第一换流站运行于整流模式、另一个作为第二换流站运行于逆变模式时,采用 以下步骤切换两个直流换流站的运行模式:
[0043] 1)闭锁第一换流站和第二换流站,通过控制第一开关组合、第二开关组合断开第 一换流站和第二换流站的连接;
[0044] 2)控制所述第一换流站从整流模式切换至逆变模式,控制所述第二换流站从逆变 模式切换至整流模式;
[0045] 3)控制第一开关组合、第二开关组合连通第一换流站和第二换流站的连接,解锁 第一换流站和第二换流站。
[0046]本发明通过在三个换流站中设置的两个开关组合,在需要将一个换流站从整流模 式切换至逆变模式、另一个换流站从逆变模式切换至整流模式时,只需控制相应开关组合 的通断,就能实现换流站运行模式的快速切换慢,保证运行模式的可靠切换。
[0047]作为本实施例的进一步改进,上述结构的三端直流输电系统,每个直流换流站的 正极换流器通过第一开关连接各自直流换流站的正极线路,每个直流换流站的负极换流器 通过第二开关连接各自直流换流站的负极线路。每个直流换流站的正极换流器还通过第三 开关连接各自换流站的负极线路,每个直流换流站的负极换流器还通过第四开关连接各自 换流站的正极线路。
[0048] 并且,上述两个开关组合均设置在其中一个直流换流站内,每个直流换流站设置 有正极母线和负极母线,第一开关通过正极母线连接相应正极线路,第二开关通过负极母 线连接相应负极线路。
[0049] 对于三个直流换流站,其中任意一个换流站的正负极性按照以下步骤进行转换:
[0050] (1)闭锁需要转换极性的换流站,控制第一开关组合与第二开关组合,断开所述转 换极性的换流站与其他换流站的连接;
[0051] (2)断开所述转换极性的换流站中的第一开关和第二开关,闭合所述转换极性的 换流站中的第三开关和第四开关;
[0052] (3)控制第一开关组合与第二开关组合,连通所述转换极性的换流站与其他换流 站的连接,解锁极性转换后的换流站。
[0053] 本发明还能通过两个开关组合中相应开关的控制,实现换流站中的极性转换,提 高换流站的正极切换到负极、同时负极切换到正极的速度,同时保证极性切换后系统的稳 定性。
[0054] 实施例二:
[0055] 本实施例的三端直流输电系统如图1所示,包含三个常规直流换流站,均采用双极 接线方式,公共接地点设置于其中S2换流站,与S1、S3两站的双极(正极和负极)中性母线相 连。
[0056]每个换流站配均备有两个用于换流器及直流双极母线隔离的隔离开关Q10S1、 Q11S1、Q10S2、Q11S2、Q10S3、Q11S3,以及八个用于极性转换和极隔离的极性转换隔离开关, 对于 S1 站,分别为讥31、〇231、〇331、〇431、〇531、〇631、〇731和〇831;对于32站,分别为叭32、 0232、0332、0452、0532、0632、0752和0852;对于53站,分别为0133、0233、0333、0453、0533、 Q6S3、Q7S3和Q8S3。
[0057] S2换流站每极配有角形连接的三个直流快速开关,正极为Q12S2、Q13S2和Q14S2, 负极为Q15S2、Q16S2和Q17S2,出口处配备两个隔离开关。
[0058]基于上述三端直流输电系统,本发明三端直流输电系统的极性转换方法,如图2所 示,步骤如下:
[0059] (1) S1、S2换流站运行于整流模式,运行功率都为1500MW,S3换流站运行于逆变模 式,功率为3000MW;
[0060] (¾降低S1换流站功率,闭锁S1换流站,S3换流站接收功率降至1500MW;
[0061] ⑶断开S2换流站的快速开关讥432、01732,32、33换流站功率为1500丽;断开31换 流站的Q1S1、Q2S1、Q5S1和Q6S1,闭合S1换流站的Q:3S1、Q4S1、Q7S1和Q8S1,S2、S3换流站功率 为1500MW;
[0062] ⑷闭合S2换流站的快速开关讥332、01632,32、33换流站功率为1500丽,以逆变模 式解锁S1换流站,S1、S3换流站接收功率为750Mff,S2换流站功率为1500MW。
[0063]基于上述三端直流输电系统,本发明三端直流输电系统的快速功率反转控制方 法,过程如图4-1、图4-2、图4-3、图4-4、图4-5、图4-6所示,包括如下步骤:
[OOM] (1) S1换流站运行于整流模式,S3换流站运行于逆变模式;
[0065] (2)降低S1换流站功率,闭锁si、S3换流站;
[0066] (3)断开S2换流站的快速开关Q14S2、Q17S2,断开si换流站的Q1S1、Q2S1、Q5S1和 0631,闭合81换流站的0331、0431、9731和0831,断开53换流站的0133、0233、0533和0653,闭 合 S3 换流站的 Q3S3、Q4S3、Q7S3 和 Q8S3;
[0067] (4)闭合S2换流站的快速开关Q14S2、Q17S2,解锁S1、S3换流站,S1运行于逆变模 式,S3运行于整流模式,功率反转完成。
[0068]基于上述三端直流输电系统,本发明三端直流输电系统的故障隔离策略,其实施 过程如图3所示,S1换流站为送端整流站,S2、S3换流站为受端逆变站,当S2、S3极1间直流线 路发生故障时,故障隔离过程如下:
[0069] (1) S1换流站极1传输功率受限降低;
[0070] (2)经三相重合闸判定是否为永久性故障,若为永久性故障,闭锁S3换流站正极;
[0071] ⑶断开S2换流站的快速直流开关Q14S2;
[0072] (4) S1换流站恢复双极功率传输,S2换流站恢复双极运行,S3换流站运行在单极模 式。
[0073]本发明基于快速直流开关的多端直流输电系统故障隔离方案,对故障线路进行准 确定位、快速隔离,减小故障影响范围,保障非故障部分正常运行。
[0074]本发明将快速直流开关集中配置在一个换流站,节省了数量,降低投资与成本,故 障反应速度更加迅速,各端隔离开关的配置,与快速直流开关的有效配合,能够迅速实现系 统的极性转换及传输功率反转,控制更加灵活。
[0075]以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人 员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、 等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1. 一种三端直流输电系统,包括三个并联的直流换流站,其特征在于,还包括两个开关 组合,分别为第一开关组合和第二开关组合,每个开关组合均设置有三个端子,每两个端子 之间通过开关连接;所述三个直流换流站的主接线方式均为双极接地模式,三个直流换流 站的正极线路分别连接第一开关组合的三个端子,三个直流换流站的负极线路分别连接第 二开关组合的三个端子; 三个直流换流站的其中一个直流换流站设置有公共接地点,剩余的直流换流站的中性 母线均连接到所述公共接地点上。
2. 根据权利要求1所述的三端直流输电系统,其特征在于,每个直流换流站的正极换流 器通过第一开关连接各自直流换流站的正极线路,每个直流换流站的负极换流器通过第二 开关连接各自直流换流站的负极线路; 每个直流换流站的正极换流器还通过第三开关连接各自换流站的负极线路,每个直流 换流站的负极换流器还通过第四开关连接各自换流站的正极线路。
3. 根据权利要求1所述的三端直流输电系统,其特征在于,所述两个开关组合设置在其 中一个直流换流站内。
4. 根据权利要求2所述的三端直流输电系统,其特征在于,三端直流输电系统还包括分 别连接每个直流换流站的正极母线和负极母线,所述第一开关通过正极母线连接所述正极 线路,所述第二开关通过负极母线连接所述负极线路。
5. —种三端直流输电系统中换流站的控制方法,其特征在于,三端直流输电系统包括 三个并联的直流换流站,还包括两个开关组合,分别为第一开关组合和第二开关组合,每个 开关组合均设置有三个端子,每两个端子之间通过开关连接;所述三个直流换流站的主接 线方式均为双极接地模式,三个直流换流站的正极线路分别连接第一开关组合的三个端 子,三个直流换流站的负极线路分别连接第二开关组合的三个端子; 当两个直流换流站需要切换运行模式时,将其中运行于整流模式的直流换流器作为第 一换流站,将另一个运行于逆变模式的直流换流站作为第二换流站时,采用以下步骤切换 运行模式: 1) 闭锁第一换流站和第二换流站,通过控制第一开关组合、第二开关组合断开第一换 流站和第二换流站的连接; 2) 控制所述第一换流站从整流模式切换至逆变模式,控制所述第二换流站从逆变模式 切换至整流模式; 3) 控制第一开关组合、第二开关组合连通第一换流站和第二换流站的连接,解锁第一 换流站和第二换流站。
6. 根据权利要求5所述的三端直流输电系统中换流站的控制方法,其特征在于,每个直 流换流站的正极换流器通过第一开关连接各自直流换流站的正极线路,每个直流换流站的 负极换流器通过第二开关连接各自直流换流站的负极线路•, 每个直流换流站的正极换流器还通过第三开关连接各自换流站的负极线路,每个直流 换流站的负极换流器还通过第四开关连接各自换流站的正极线路。
7. 根据权利要求5所述的三端直流输电系统中换流站的控制方法,其特征在于,所述两 个开关组合设置在其中一个直流换流站内。
8. 根据权利要求6所述的三端直流输电系统中换流站的控制方法,其特征在于,三端直 凱输电糸统还包括分别连接每个直流换流站的正极母线和负极母线,所述第一开关通过正 极母线连接所述正极线路,所述第二开关通过负极母线连接所述负极线路。
9.根据权利要求6所述的三端直流输电系统中换流站的控制方法,其特征在于,每个换 流站的极性按照以下步骤进行转换: ⑴闭锁需要转换极性的换流站,控制第一开关组合与第二开关组合,断开所述转换极 性的换流站与其他换流站的连接; > (2) 断开所述转换极性的换流站中的第一开关和第二开关,闭合所述转换极性的换流 站中的第三开关和第四开关; & +T7 & a & + (3) 控制第一开关组合与第二开关组合,连通所述转换极性的换流站与其他换流站的 连接,解锁极性转换后的换流站。
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