CN107834554A - 适用于电压源换流器的主备接入系统、控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于电压源换流器的主备接入系统，其包括基于全控型电力电子器件的电压源换流器、两条或两条以上交流进线支路，电压源换流器通过公共连接点或母线与两条或两条以上交流进线支路同时相连接，每条交流进线支路的交流电源与公共连接点或母线之间均配置至少一个分断设备。相应地，提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制方法及装置。本发明可以实现电压源换流器可靠穿越交流电源侧永久故障等故障情况，保证满足高可靠性应用场合的要求。

Description

适用于电压源换流器的主备接入系统、控制方法及装置
技术领域
本发明属于电力系统中柔性输电技术领域，具体涉及一种适用于电压源换流器的主备接入系统、控制方法及装置。
背景技术
基于全控型电力电子器件(如IGBT、IEGT等)的电压源换流器(Voltage SourceConverter，VSC)无需交流电网短路容量支持换相，不存在换相失败问题，可以实现有功和无功的解耦控制，解决了向弱系统或无源电网供电的问题，得到了学术界和工业界的广泛青睐。近些年来，随着全控型电力电子器件成本的不断降低及性能的不断提升，电压源换流器在高压直流输电、直流配电网及柔性交流输电(Flexible AC Transmission Systems，FACTS)等领域得到了越来越广泛的应用。
交流故障穿越能力是电压源换流器的一个突出优势，在交流电源侧发生短时故障情况下，通过采取一定的控制策略可以抑制故障电流，维持电压源换流器所在系统的运行并快速恢复；但当交流电源侧发生永久故障时，电压源换流器将无法继续工作，需要停运。因此，对于运行可靠性要求很高的场合，需要研究并采取有效的措施来保证电压源换流器能够在交流电源侧永久故障等故障情况下维持运行。
目前尚未见到能实现电压源换流器可靠穿越交流电源侧永久故障等故障情况的技术方案被提出。经研究，可以针对电压源换流器的特点，设计一种适用于电压源换流器的主备接入系统，用于实现电压源换流器可靠穿越交流电源侧永久故障等故障情况，保证满足高可靠性应用场合的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统、控制方法及装置,能够实现电压源换流器可靠穿越交流电源侧永久故障等故障情况，满足高可靠性应用场合的要求。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统，所述主备接入系统包括基于全控型电力电子器件的电压源换流器、两条或两条以上交流进线支路，电压源换流器通过公共连接点或母线与两条或两条以上交流进线支路同时相连接，每条交流进线支路的交流电源至公共连接点或母线之间均配置至少一个分断设备。
所述交流进线支路中不含有变压器元件时，交流进线支路的交流电源直接经过至少一个分断设备与公共连接点或母线相连接。
所述交流进线支路含有至少一个变压器元件时，交流进线支路的交流电源经过至少一个变压器元件及至少一个分断设备与公共连接点或母线相连接，变压器元件与公共连接点或母线之间配置至少一个分断设备。
本发明还提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制方法，所述控制方法包括：选择一条正常的交流进线支路作为工作支路，将该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备置于合位为电压源换流器提供工作电源，其余各条交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备均置于分位；当检测到工作交流进线支路出现故障时，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
所述检测工作交流进线支路出现故障的方法包括：
方法一、检测工作交流进线支路的交流频率值与额定频率值的偏差大于设定值并满足设定的延时；
方法二、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电压值低于设定值并满足设定的延时；
方法三、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电流值低于设定值并满足设定的延时。
当检测到工作交流进线支路出现故障时，可以先将工作中的电压源换流器临时闭锁，待故障工作交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备断开及另一条正常的交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备合上后，再将电压源换流器解锁并恢复工作。
本发明还提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制装置，所述控制装置包括支路采集单元、主备接入常规控制单元、主备接入故障控制单元，其中：
支路采集单元，采集各交流进线支路的电气量和分断设备的分合位数据，并进行交流频率的计算；
主备接入常规控制单元，接收支路采集单元采集的各交流进线支路数据，选择一条正常的交流进线支路作为工作支路，将该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备置于合位为电压源换流器提供工作电源，其余各条交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备均置于分位；
主备接入故障控制单元，接收支路采集单元采集的各交流进线支路数据，当检测到工作交流进线支路出现故障时，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
所述主备接入故障控制单元包括故障判别子单元、主备接入控制子单元，其中：
故障判别子单元，接收支路采集单元的各交流进线支路数据，进行工作交流进线支路是否出现故障以及其余各交流进线支路是否正常的判别；如果检测到工作交流进线支路出现故障，则触发主备接入控制子单元；
主备接入控制子单元，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
所述故障判别子单元检测工作交流进线支路出现故障的方法包括：
方法一、检测工作交流进线支路的交流频率值与额定频率值的偏差大于设定值并满足设定的延时；
方法二、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电压值低于设定值并满足设定的延时；
方法三、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电流值低于设定值并满足设定的延时。
所述主备接入控制子单元，可以先将工作中的电压源换流器临时闭锁，待故障工作交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备断开及另一条正常的交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备合上后，再将电压源换流器解锁并恢复工作。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种适用于电压源换流器的主备接入系统、控制方法及装置，通过采用该主备接入系统及控制方法，可以实现电压源换流器可靠穿越交流电源侧永久故障等故障情况，满足高可靠性应用场合的要求。
附图说明
图1是本发明中交流进线支路中不含有变压器元件的主备接入系统示意图；
图2是本发明中交流进线支路中含有变压器元件的主备接入系统示意图；
图3是本发明提供的适用于电压源换流器的主备接入系统控制方法的流程图；
图4是本发明提供的适用于电压源换流器的主备接入系统控制装置的结构框图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统、控制方法及装置,能够实现电压源换流器可靠穿越交流电源侧永久故障等故障情况，满足高可靠性应用场合的要求。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统，所述主备接入系统包括基于全控型电力电子器件的电压源换流器、两条或两条以上交流进线支路，电压源换流器通过公共连接点或母线与两条或两条以上交流进线支路同时相连接，每条交流进线支路的交流电源至公共连接点或母线之间均配置至少一个分断设备，所述分断设备用于提供一个稳定的连接断开点，如断路器、隔离刀闸等。
当所述交流进线支路中不含有变压器元件时，交流进线支路的交流电源直接经过至少一个分断设备与公共连接点或母线相连接。图1所示为交流进线支路中不含有变压器元件的主备接入系统示意图，交流进线支路1的交流电源经分断设备S1连接至公共连接点或母线C，交流进线支路2的交流电源经分断设备S2连接至公共连接点或母线C。
当所述交流进线支路含有至少一个变压器元件时，交流进线支路的交流电源经过至少一个变压器元件及至少一个分断设备与公共连接点或母线相连接，变压器元件与公共连接点或母线之间配置至少一个分断设备。图2所示为交流进线支路中含有变压器元件的主备接入系统示意图，交流进线支路1的交流电源经变压器T1、分断设备S1连接至公共连接点或母线C，交流进线支路2的交流电源经变压器T2、分断设备S2连接至公共连接点或母线C。
本发明还提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制方法，如图3所示，所述控制方法包括：选择一条正常的交流进线支路作为工作支路，将该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备置于合位为电压源换流器提供工作电源，其余各条交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备均置于分位；当检测到工作交流进线支路出现故障时，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
对于图1所示的主备接入系统，其控制方法说明如下：
初始选择正常的交流进线支路1作为工作支路，分断设备S1处于合位并为电压源换流器提供工作电源，正常的交流进线支路2的分断设备S2处于分位；当检测到交流进线支路1出现故障时，先断开分断设备S1，之后合上分断设备S2，电压源换流器维持运行。
对于图2所示的主备接入系统，其控制方法说明如下：
初始选择正常的交流进线支路1作为工作支路，分断设备S1处于合位并为电压源换流器提供工作电源，正常的交流进线支路2的分断设备S2处于分位；当检测到交流进线支路1出现故障时，先断开分断设备S1，之后合上分断设备S2，电压源换流器维持运行。
所述检测工作交流进线支路出现故障的方法包括：
方法一、检测工作交流进线支路的交流频率值与额定频率值的偏差大于设定值并满足设定的延时；当交流进线支路发生故障或出现电源丢失时，由于电压源换流器失去了稳定的锁相电压，其交流侧输出的交流电压的频率值会逐渐偏离额定频率值，当频率偏差大于设定值并满足设定的延时可以判断为工作交流进线支路出现故障。
方法二、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电压值Uac低于设定值并满足设定的延时；当交流进线支路发生故障或出现电源丢失时，交流进线支路任一相或三相的交流电压值会出现幅值的降低，当任一相或三相的交流电压值Uac低于设定值并满足设定的延时可以判断为工作交流进线支路出现故障。
方法三、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电流值Iac低于设定值并满足设定的延时；当交流进线支路发生故障或出现电源丢失时，交流进线支路任一相或三相的交流电流值会出现幅值的降低，当任一相或三相的交流电流值Iac低于设定值并满足设定的延时可以判断为工作交流进线支路出现故障。
当检测到工作交流进线支路出现故障时，可以先将工作中的电压源换流器临时闭锁，待故障工作交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备断开及另一条正常的交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备合上后，再将电压源换流器解锁并恢复工作，所述将工作中的电压源换流器临时闭锁的措施有利于提高电压源换流器的故障穿越能力。
本发明还提供一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制装置，如图4所示，所述控制装置包括支路采集单元、主备接入常规控制单元、主备接入故障控制单元，其中：
支路采集单元，采集各交流进线支路的电气量和分断设备的分合位数据，并进行交流频率的计算；
主备接入常规控制单元，接收支路采集单元采集的各交流进线支路数据，选择一条正常的交流进线支路作为工作支路，将该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备置于合位为电压源换流器提供工作电源，其余各条交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备均置于分位；
主备接入故障控制单元，接收支路采集单元采集的各交流进线支路数据，当检测到工作交流进线支路出现故障时，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
所述主备接入故障控制单元包括故障判别子单元、主备接入控制子单元，其中：
故障判别子单元，接收支路采集单元的各交流进线支路数据，进行工作交流进线支路是否出现故障以及其余各交流进线支路是否正常的判别；如果检测到工作交流进线支路出现故障，则触发主备接入控制子单元；
主备接入控制子单元，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
所述故障判别子单元检测工作交流进线支路出现故障的方法包括：
方法一、检测工作交流进线支路的交流频率值与额定频率值的偏差大于设定值并满足设定的延时；
方法二、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电压值低于设定值并满足设定的延时；
方法三、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电流值低于设定值并满足设定的延时。
所述主备接入控制子单元，可以先将工作中的电压源换流器临时闭锁，待故障工作交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备断开及另一条正常的交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备合上后，再将电压源换流器解锁并恢复工作。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于电压源换流器的主备接入系统，所述主备接入系统包括基于全控型电力电子器件的电压源换流器、两条或两条以上交流进线支路，其特征在于：电压源换流器通过公共连接点或母线与两条或两条以上交流进线支路同时相连接，每条交流进线支路的交流电源与公共连接点或母线之间均配置至少一个分断设备。
2.如权利要求1所述的一种适用于电压源换流器的主备接入系统，其特征在于：所述交流进线支路的交流电源直接经过至少一个分断设备与公共连接点或母线相连接。
3.如权利要求1所述的一种适用于电压源换流器的主备接入系统，其特征在于：所述交流进线支路含有至少一个变压器元件，交流进线支路的交流电源经过至少一个变压器元件及至少一个分断设备与公共连接点或母线相连接，变压器元件与公共连接点或母线之间配置至少一个分断设备。
4.一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制方法，其特征在于：选择一条正常的交流进线支路作为工作支路，将该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备置于合位为电压源换流器提供工作电源，其余各条交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备均置于分位；当检测到工作交流进线支路出现故障时，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
5.如权利要求4所述的一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制方法，其特征在于，所述检测工作交流进线支路出现故障的方法包括：
方法一、检测工作交流进线支路的交流频率值与额定频率值的偏差大于设定值并满足设定的延时；
方法二、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电压值低于设定值并满足设定的延时；
方法三、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电流值低于设定值并满足设定的延时。
6.如权利要求4所述的一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制方法，其特征在于：当检测到工作交流进线支路出现故障时，先将工作中的电压源换流器临时闭锁，待故障工作交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备断开及另一条正常的交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备合上后，再将电压源换流器解锁并恢复工作。
7.一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：支路采集单元、主备接入常规控制单元、主备接入故障控制单元，其中：
支路采集单元，采集各交流进线支路的电气量和分断设备的分合位数据，并进行交流频率的计算；
主备接入常规控制单元，接收支路采集单元采集的各交流进线支路数据，选择一条正常的交流进线支路作为工作支路，将该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备置于合位为电压源换流器提供工作电源，其余各条交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备均置于分位；
主备接入故障控制单元，接收支路采集单元采集的各交流进线支路数据，当检测到工作交流进线支路出现故障时，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
8.如权利要求7所述的一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制装置，其特征在于，所述主备接入故障控制单元包括故障判别子单元、主备接入控制子单元；
故障判别子单元，接收支路采集单元的各交流进线支路数据，进行工作交流进线支路是否出现故障以及其余各交流进线支路是否正常的判别，如果检测到工作交流进线支路出现故障，则触发主备接入控制子单元；
主备接入控制子单元，断开该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备，之后选择另一条正常的交流进线支路作为工作支路并合上该工作支路与公共连接点或母线之间的分断设备。
9.如权利要求8所述的一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制装置，其特征在于，所述故障判别子单元检测工作交流进线支路出现故障的方法包括：
方法一、检测工作交流进线支路的交流频率值与额定频率值的偏差大于设定值并满足设定的延时；
方法二、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电压值低于设定值并满足设定的延时；
方法三、检测工作交流进线支路任一相或三相的交流电流值低于设定值并满足设定的延时。
10.如权利要求8所述的一种适用于电压源换流器的主备接入系统控制装置，其特征在于：所述主备接入控制子单元，先将工作中的电压源换流器临时闭锁，待故障工作交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备断开及另一条正常的交流进线支路与公共连接点或母线之间的分断设备合上后，再将电压源换流器解锁并恢复工作。
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