CN108448604A - 一种柔性直流输电系统的接地装置 - Google Patents

一种柔性直流输电系统的接地装置 Download PDF

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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明提供了一种柔性直流输电系统的接地装置，所述接地装置包括分别并联的高阻抗支路、低阻抗支路和能量吸收支路；高阻抗支路包括第一电力电子开关和第一阻抗单元；低阻抗支路均包括第二电力电子开关和第二阻抗单元；接地装置还包括控制模块，用于触发第一电力电子开关或第二电力电子开关导通，以将第一阻抗单元或第二阻抗单元接入柔性直流输电系统。与现有技术相比，本发明提供的一种柔性直流输电系统的接地装置，可以依据柔性直流输电系统的实际工况需求接入不同的阻抗支路，同时，高阻抗支路和低阻抗支路均包括电力电子开关，能够灵活地控制高阻抗支路和低阻抗支路的投切。

Description

一种柔性直流输电系统的接地装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统的接地装置。
背景技术
柔性直流输电系统采用可关断电力电子器件，并通过控制电力电子器件输出电压的幅值和相角，可以实现有功功率和无功功率的快速独立控制，在提高电网稳定性的同时，增加电网运行的灵活性，在新能源发电并网、海上风电并网、大型城市供电、电网互联、远距离高压大容量直流输电等领域具有显著应用优势。
传统柔性直流输电系统主要采用交流侧联接变压器阀侧中性点高阻接地的方式，能够抑制交流电网故障对柔性直流输电系统的影响。但是，当换流站内部发生故障时由于零序电流需要通过联接变压器阀侧的中性点接地大电阻，可能造成显著的直流偏置电压和过电压。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种柔性直流输电系统的接地装置。
本发明中一种柔性直流输电系统的接地装置的技术方案是：
所述接地装置包括分别并联的高阻抗支路、低阻抗支路和能量吸收支路；
所述高阻抗支路包括第一电力电子开关和第一阻抗单元；所述低阻抗支路均包括第二电力电子开关和第二阻抗单元；
所述接地装置还包括控制模块，用于触发所述第一电力电子开关或第二电力电子开关导通，以将所述第一阻抗单元或第二阻抗单元接入所述柔性直流输电系统。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述第一电力电子开关和第二电力电子开关均包括两个反向并联的晶闸管；
所述第一阻抗单元包括第一直流电阻，所述第二阻抗单元包括第二直流电阻，且所述第一直流电阻的阻值大于第二直流电阻的阻值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述第一直流电阻的阻值为2MΩ，所述第二直流电阻的阻值为0.5Ω。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述第一电力电子开关和第二电力电子开关均包括多个串联的全控型电力电子器件；
所述第一阻抗单元包括电感，所述第二阻抗单元包括电容。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述全控型电力电子器件为IGBT、IGCT或GTO；
所述电感的工频阻抗为5MΩ，所述电容的工频阻抗为0.5Ω。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述能量吸收支路包括非线性电阻或金属氧化物避雷器；其中：所述非线性电阻两端的电压，及流过所述非线性电阻的电流呈单调递增关系。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述非线性电阻为氧化锌电阻。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述控制模块包括电压测量单元、第一触发单元和第二触发单元；
所述电压测量单元，用于测量所述接地装置的零序电压；
所述第一触发单元，用于在所述零序电压小于其预设值时触发第一电力电子开关导通，以将所述第一阻抗单元接入柔性直流输电系统；
所述第二触发单元，用于在所述零序电压不小于其预设值时触发第二电力电子开关导通，以将所述第二阻抗单元接入柔性直流输电系统。
与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种柔性直流输电系统的接地装置，接地装置包括高阻抗支路和低阻抗支路，可以依据柔性直流输电系统的实际工况需求接入不同的阻抗支路，例如电网发生故障时可以通过接入高阻抗支路可以隔离柔性直流输电系统，也可以通过接入低阻抗支路抑制零序电压。同时，高阻抗支路和低阻抗支路均包括电力电子开关，能够灵活地控制高阻抗支路和低阻抗支路的投切。
附图说明
图1：本发明实施例中一种柔性直流输电系统的接地装置结构示意图；
图2：本发明实施例中另一种柔性直流输电系统的接地装置结构示意图；
图3：本发明实施例中再一种柔性直流输电系统的接地装置结构示意图；
其中：
1：联接变压器的阀侧中性点；101：控制模块；102：高阻抗支路；103：低阻抗支路；104：能量吸收支路；
2：接地装置；201：控制模块；202：高阻抗支路；203：低阻抗支路；204：能量吸收支路；212：第一电力电子开关；213：第二电力电子开关；222：第一直流电阻；223：第二直流电阻；
3：交流系统；301：控制模块；302：高阻抗支路；303：低阻抗支路；304：能量吸收支路；312：第一电力电子开关；313：第二电力电子开关；322电感；323：电容；
4：交流母线；
5：柔性直流输电换流阀；
6：联接变压器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种柔性直流输电系统的接地装置进行说明。
图1为本发明实施例中一种柔性直流输电系统的接地装置结构示意图，如图所示，本实施例中柔性直流输电系统的接地装置包括高阻抗支路102、低阻抗支路103、能量吸收支路104和控制模块101，且高阻抗支路102、低阻抗支路103和能量吸收支路104分别并联。
其中：高阻抗支路102包括第一电力电子开关和第一阻抗单元，低阻抗支路103均包括第二电力电子开关和第二阻抗单元。控制模块101用于触发第一电力电子开关或第二电力电子开关导通，以将第一阻抗单元或第二阻抗单元接入柔性直流输电系统。本实施例中高阻抗支路102和低阻抗支路103均包括电力电子开关，可以通过控制模块控制电力电子开关的导通或闭锁实现高阻抗支路和低阻抗支路通流。如图1所示，本实施例中柔性直流输电系统包括交流系统3、柔性直流输电换流阀5和联接变压器6。交流系统3通过联接变压器6与柔性直流输电换流阀5连接，交流系统3与联接变压器6通过交流母线4连接，联接变压器6与柔性直流输电换流阀5也通过交流母线连接。其中：高阻抗支路、低阻抗支路和能量吸收支路组成的并联支路的一端接入柔性直流输电系统中联接变压器的阀侧中性点1，另一端接地。
本实施例中接地装置包括高阻抗支路和低阻抗支路，可以依据柔性直流输电系统的实际工况需求接入不同的阻抗支路，例如电网发生故障时可以通过接入高阻抗支路可以隔离柔性直流输电系统，也可以通过接入低阻抗支路抑制零序电压。同时，高阻抗支路和低阻抗支路均包括电力电子开关，能够灵活地控制高阻抗支路和低阻抗支路的投切。
进一步地，本发明提供的一个接地装置的优选实施方案为：
图2为本发明实施例中另一种柔性直流输电系统的接地装置结构示意图，如图所示，本实施例中高阻抗支路202包括第一电力电子开关212和第一阻抗单元，该第一电力电子开关212包括两个反向并联的晶闸管，该第一阻抗单元包括第一直流电阻222。低阻抗支路203包括第二电力电子开关213和第二阻抗单元，该第二电力电子开关213包括两个反向并联的晶闸管，该第二阻抗单元包括第一直流电阻223。其中：第一直流电阻222的阻值大于第二直流电阻223的阻值。本实施例中第一直流电阻222的阻值可以为2MΩ，第二直流电阻223的阻值可以为0.5Ω。
进一步地，本发明提供的另一个接地装置的优选实施方案为：
图3为本发明实施例中再一种柔性直流输电系统的接地装置结构示意图，如图所示，本实施例中高阻抗支路302包括第一电力电子开关312和第一阻抗单元，该第一电力电子开关312可以包括多个串联的全控型电力电子器件，第一阻抗单元包括电感322。本实施例中第一电力电子开关312包括两个串联的IGBT。低阻抗支路303包括第二电力电子开关313和第二阻抗单元，该第二电力电子开关313可以包括多个串联的全控型电力电子器件，第二阻抗单元包括电容323。
本实施例中全控型电力电子开关可以采用IGBT、IGCT或GTO，同时电感322的工频阻抗可以为5MΩ，电容323的工频阻抗可以为0.5Ω。
进一步地，本实施例中能量吸收支路包括两个优选的实施方案，具体为：
实施例1：
本实施例中能量吸收支路包括非线性电阻，如图2和3所示，能量吸收支路204和304可以包括一个非线性电阻，该非线性电阻两端的电压，及流过非线性电阻的电流呈单调递增关系，即具备单调递增的电压-电流关系。本实施例中能量吸收支路的非线性电阻采用氧化锌电阻。
本实施例中为了保证接地装置运行时在可能出现的最大直流电压和工频电压的作用下，不会发生非线性电阻发热击穿故障，需要依据上述可能出现的最大直流电压和工频电压设定非线性电阻的参考电压。
实施例2
本实施例中能量吸收支路包括金属氧化物避雷器，如图2和3所示，能量吸收支路204和304可以包括一个金属氧化物避雷器。本实施例中可以依据可能出现的最大直流电压和工频电压设定金属氧化物避雷器的能量吸收能力。例如，金属氧化物避雷器的参考电流为1mA时可以设定其能量吸收能力不小于10MJ，金属氧化物避雷器的参考电流为5mA时可以设定其能量吸收能力不小于12MJ。
进一步地，本实施例中控制模块可以包括下述结构，具体为：
本实施例中控制模块101包括电压测量单元、第一触发单元和第二触发单元。
其中：电压测量单元，用于测量接地装置2的零序电压。第一触发单元，用于在零序电压小于其预设值时触发第一电力电子开关导通，以将接地装置的第一阻抗单元接入柔性直流输电系统。第二触发单元，用于在零序电压不小于其预设值时触发第二电力电子开关导通，以将接地装置第二阻抗单元接入柔性直流输电系统。
本实施例中电压测量单元可以采用常规的电压测量方法检测接地装置2的零序电压，例如可以采用对称分量法获取接地装置两端的电压，进而得到接地装置的零序电压。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的PC来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，所述接地装置包括分别并联的高阻抗支路、低阻抗支路和能量吸收支路；
所述高阻抗支路包括第一电力电子开关和第一阻抗单元；所述低阻抗支路均包括第二电力电子开关和第二阻抗单元；
所述接地装置还包括控制模块，用于触发所述第一电力电子开关或第二电力电子开关导通，以将所述第一阻抗单元或第二阻抗单元接入所述柔性直流输电系统。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，
所述第一电力电子开关和第二电力电子开关均包括两个反向并联的晶闸管；
所述第一阻抗单元包括第一直流电阻，所述第二阻抗单元包括第二直流电阻，且所述第一直流电阻的阻值大于第二直流电阻的阻值。
3.如权利要求2所述的一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，
所述第一直流电阻的阻值为2MΩ，所述第二直流电阻的阻值为0.5Ω。
4.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，
所述第一电力电子开关和第二电力电子开关均包括多个串联的全控型电力电子器件；
所述第一阻抗单元包括电感，所述第二阻抗单元包括电容。
5.如权利要求4所述的一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，
所述全控型电力电子器件为IGBT、IGCT或GTO；
所述电感的工频阻抗为5MΩ，所述电容的工频阻抗为0.5Ω。
6.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，
所述能量吸收支路包括非线性电阻或金属氧化物避雷器；其中：所述非线性电阻两端的电压，及流过所述非线性电阻的电流呈单调递增关系。
7.如权利要求6所述的一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，所述非线性电阻为氧化锌电阻。
8.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统的接地装置，其特征在于，所述控制模块包括电压测量单元、第一触发单元和第二触发单元；
所述电压测量单元，用于测量所述接地装置的零序电压；
所述第一触发单元，用于在所述零序电压小于其预设值时触发第一电力电子开关导通，以将所述第一阻抗单元接入柔性直流输电系统；
所述第二触发单元，用于在所述零序电压不小于其预设值时触发第二电力电子开关导通，以将所述第二阻抗单元接入柔性直流输电系统。
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