CN108767890A - 具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统及其故障穿越方法 - Google Patents

具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统及其故障穿越方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统及其故障穿越方法。本发明的目的是提供一种安全、可靠、经济的一种具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统及其故障穿越方法。本发明的技术方案是：该系统包括海上风电场、海上送端换流和陆上受端换流站，海上风电场依次经海上送端换流、直流海缆和陆上受端换流站接入交流电网；该直流输电系统采用对称单极接线方式，海上送端换流站与陆上受端换流站之间采用两根直流海缆连接；在两根直流海缆之间接有耗能直流斩波器，耗能直流斩波器由若干耗能电阻和若干能在直流侧电压升高时快速导通、能在直流侧电压恢复正常时快速关断的导通开关串联组成，该耗能直流斩波器的中心点接地。

Description

具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统及其故障 穿越方法
技术领域
本发明涉及一种具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统及其故障穿越方法。适用于海上风电场输电领域。
背景技术
柔性直流输电技术是近期发展的输电新技术，具有许多优点，特别适用于大容量、远距离的海上风电场的并网送电。目前我国已建设了几项陆地柔性直流科技示范项目，但海上风电场柔性直流输电在国内还是空白。
大容量、远距离的海上风电场采用柔性直流输电技术送出有着系统稳定、运行方式灵活，有功无功独立控制、调节灵活，交直流系统相互独立、对交流电网系统无影响，设备损耗小、海域使用面积少等诸多优点。
但由于风电场与受端交流电网之间相互隔离，受端交流电网的故障不会传递到风电场侧，当陆上受端站交流侧发生故障时，交流母线电压降低，造成受端站功率送出受阻，而送端站继续接受海上风电场输入的有功功率，从而导致直流侧系统电压升高，引起直流侧的故障。如何实现陆上受端侧交流系统故障造成短时功率送出受阻而引起的直流系统电压升高的故障穿越，已成海上风电柔性直流输电系统发展的关键技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种安全、可靠、经济的一种具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统及其故障穿越方法。
本发明所采用的技术方案是：一种具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统，其特征在于：包括海上风电场、海上送端换流和陆上受端换流站，海上风电场依次经海上送端换流、直流海缆和陆上受端换流站接入交流电网；
该直流输电系统采用对称单极接线方式，所述海上送端换流站与所述陆上受端换流站之间采用两根所述直流海缆连接；
在两根所述直流海缆之间接有耗能直流斩波器，耗能直流斩波器由若干耗能电阻和若干能在直流侧电压升高时快速导通、能在直流侧电压恢复正常时快速关断的导通开关串联组成，该耗能直流斩波器的中心点接地。
所述导通开关由IGBT元件和反向二极管并联组成。
所述耗能直流斩波器上的耗能电阻及导通开关关于该耗能直流斩波器的中心点对称布置。
所述耗能直流斩波器设置于所述陆上受端换流站的直流海缆进线处。
所述海上送端换流站内布置有联接变压器Ⅰ、换流阀Ⅰ和桥臂电抗器Ⅰ。
所述陆上受端换流站内布置有联接变压器Ⅱ、换流阀Ⅱ和桥臂电抗器Ⅱ。
一种述具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统的故障穿越方法，其特征在于步骤如下：
当陆上受端换流站交流侧发生故障时，直流侧系统电压升高，此时耗能直流斩波器中的导通开关快速导通串入到直流正负极的两回线路之间，通过耗能电阻消耗短时无法送出的能量；
直流母线电压快速恢复到正常水平后，导通开关快速关断，耗能直流斩波器退出运行；
当直流侧系统电压再次升高时，耗能直流斩波器再次投入运行，以此往复，直至陆上受端换流站交流系统故障清除或切除海上风电场的负荷，直流系统电压始终保持在正常水平范围内，实现故障穿越。
本发明的有益效果是：本发明解决了海上风电柔性直流输电系统陆上受端侧交流系统故障造成短时有功功率送出受阻而引起的直流系统电压升高的问题，实现了故障穿越，避免了事故的扩大化。
本发明利用IGBT元件和反向二极管作为导通开关，可以控制耗能直流斩波器可以在直流系统中快速有效的导通和关断。耗能直流斩波器设置在直流侧，避免了瞬时直流电压抬高对受端站换流阀的影响。耗能直流斩波器设置在陆上受端站侧，避免在海上送端站内设置该装置带来的投资增加和运维困难等问题。
附图说明
图1为实施例的电气接线原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例为具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统，具有陆上受端换流站2、直流海缆4、海上送端换流5和海上风电场6，海上风电场6依次经海上送端换流5、直流海缆4和陆上受端换流站2接入交流电网1。
本实施例在海上设有一座海上送端换流站5，与海上风电场6电连接，海上风电场6的电能汇集到海上送端换流站5，经整流后通过海底直流电缆4送至陆上。海上送端换流站5内布置联接变压器Ⅰ501、换流阀Ⅰ502、桥臂电抗器Ⅰ503等设备。
在陆上设有一座陆上受端换流站2，海上侧的电能通过直流海缆4接入陆上受端换流站2，经逆变后接入交流电网1。陆上受端换流站2内布置联接变压器Ⅱ201、换流阀Ⅱ202、桥臂电抗器Ⅱ203等设备。
本实施例中直流输电系统采用对称单极接线，海上送端换流站5与陆上受端换流站2之间采用两根直流海缆4连接。
本例在陆上受端换流站2直流海缆4进线处设置耗能直流斩波器3，耗能直流斩波器3一端接于正极侧的直流海缆4，另一端接于负极侧的直流海缆4，该耗能直流斩波器中心点接地303。
本实施例中耗能直流斩波器3主要由若干导通开关301和若干耗能电阻302串联组成，耗能直流斩波器3上的耗能电阻302及导通开关301关于该耗能直流斩波器的中心点对称布置，导通开关301及耗能电阻302需根据耐压水平和耗能需求多组串联。导通开关301根据直流侧的电压高低实现导通或关断，在直流侧电压升高时快速导通，能在直流侧电压恢复正常时快速关断。本例中导通开关301由IGBT元件3011和反向二极管3012并联组成。
本实施例的工作原理如下：当陆上受端换流站2交流侧发生故障时，交流母线电压降低，造成陆上受端换流站2有功功率送出受阻，而海上送端换流站5继续接受海上风电场6输入的有功功率，从而导致直流侧系统电压升高，引起直流侧的故障，此时耗能直流斩波器3中的导通开关301快速导通使耗能直流斩波器3串入到直流正负极的两回线路之间，通过耗能直流斩波器3中的耗能电阻302消耗短时无法送出的能量，直流母线电压快速恢复到正常水平后，导通开关301快速关断，耗能直流斩波器3退出运行；当直流侧系统电压再次升高时，耗能直流斩波器3再次投入运行，以此往复，直至陆上受端换流站2交流系统故障清除或切除海上风电场6的负荷，直流系统电压始终保持在正常水平范围内，实现故障穿越。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的范围内，做出的变化、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统，其特征在于：包括海上风电场(6)、海上送端换流(5)和陆上受端换流站(2)，海上风电场(6)依次经海上送端换流(5)、直流海缆(4)和陆上受端换流站(2)接入交流电网(1)；
该直流输电系统采用对称单极接线方式，所述海上送端换流站(5)与所述陆上受端换流站(2)之间采用两根所述直流海缆(4)连接；
在两根所述直流海缆(4)之间接有耗能直流斩波器(3)，耗能直流斩波器(3)由若干耗能电阻(302)和若干能在直流侧电压升高时快速导通、能在直流侧电压恢复正常时快速关断的导通开关(301)串联组成，该耗能直流斩波器的中心点接地。
2.根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电系统，其特征在于：所述导通开关(301)由IGBT元件(3011)和反向二极管(3012)并联组成。
3.根据权利要求1或2所述的海上风电柔性直流输电系统，其特征在于：所述耗能直流斩波器(3)上的耗能电阻(302)及导通开关(301)关于该耗能直流斩波器的中心点对称布置。
4.根据权利要求3所述的海上风电柔性直流输电系统，其特征在于：所述耗能直流斩波器(3)设置于所述陆上受端换流站(2)的直流海缆(4)进线处。
5.根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电系统，其特征在于：所述海上送端换流站(5)内布置有联接变压器Ⅰ(501)、换流阀Ⅰ(502)和桥臂电抗器Ⅰ(503)。
6.根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电系统，其特征在于：所述陆上受端换流站(2)内布置有联接变压器Ⅱ(201)、换流阀Ⅱ(202)和桥臂电抗器Ⅱ(203)。
7.一种权利要求1～6任意一项所述具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电系统的故障穿越方法，其特征在于步骤如下：
当陆上受端换流站(2)交流侧发生故障时，直流侧系统电压升高，此时耗能直流斩波器(3)中的导通开关(301)快速导通串入到直流正负极的两回线路之间，通过耗能电阻(302)消耗短时无法送出的能量；
直流母线电压快速恢复到正常水平后，导通开关(301)快速关断，耗能直流斩波器(3)退出运行；
当直流侧系统电压再次升高时，耗能直流斩波器(3)再次投入运行，以此往复，直至陆上受端换流站(2)交流系统故障清除或切除海上风电场(6)的负荷，直流系统电压始终保持在正常水平范围内，实现故障穿越。
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