CN108879637B - 混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法 - Google Patents

混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法，受端高压LCC换流器和低压VSC换流器之间的连接母线上配置的第一避雷器的参数设计需要考虑以下四种情况的一种或多种：根据第一避雷器的首要目的设计第一避雷器直流参考电压；根据第一避雷器和第三避雷器配合，设计第一避雷器直流参考电压；根据第一避雷器和第二避雷器配合保护直流断路器的目的，设计第一避雷器直流参考电压；根据第一避雷器和DC Chopper配合，设计第一避雷器直流参考电压。综合考虑上述情况中的一种或多种，选择最大的参考电压作为第一避雷器的参考电压。该方法保证第第一避雷器在安全运行的同时充分发挥其保护作用。

Description

混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法
技术领域
本发明涉及电力系统高压直流输电及过电压保护领域，尤其涉及一种混合直流输电系统高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法。
背景技术
高压及特高压常规直流输电技术已经非常成熟，目前在中国已有近30个工程。柔性直流输电作为新兴技术逐渐成为工程热点，国内外厂家正在积极储备技术，我国也在进行工程实践。目前直流主接线方案有以下几种：1、常规直流输电，即直流两端均为半控型器件如晶闸管构建的LCC换流站；2、柔性直流输电技术，即直流两端均为全控型器件如IGBT构建的VSC换流站；3、混合直流输电技术，混合型直流输电结构较多，但目前都处于前期研究阶段，比较典型的有：(1)站间混合直流输电系统，如整流侧为LCC换流器构建的换流站，逆变侧为VSC换流器构建的换流站；或者整流侧为VSC换流器，逆变侧为LCC换流器；(2)极间混合直流输电系统，即一个输电极采用常规LCC直流输电，一个输电极采用VSC直流输电；(3)送端一个极由LCC与VSC串联构成，或者受端一个极由LCC与VSC串联构成。
目前送端采用LCC换流站，而受端采用由LCC与VSC串联构成的换流站的混合直流输电结构正逐步进入工程应用之中。对于受端高压12脉动换流器与低压VSC换流器之间的链接母线上的避雷器带来了新的应用场景。为方便叙述，本发明中将该避雷器称之为“第一避雷器”。对于常规直流，受端低压也是12脉动换流器，第一避雷器仅仅需要用来保护连接母线，同时与高压换流器配合保护高压换流变压器阀侧绕组。对于上述混合型直流，第一避雷器还与去往VSC的直流断路器以及卸荷电路DC Chopper有直接的电气连接关系。因此第一避雷器还需要承担起一定的保护直流断路器的作用，并需要与DC Chopper中的避雷器相互配合，使得卸荷电路发挥其应有的作用。反过来，能够让卸荷电路保护连接母线上的避雷器。为应对这些新的要求，需要对第一避雷器的参数设计进行完善或者修改。目前对于第一避雷器这种新的应用场景，如何选择其参数使其安全运行并最大程度的发挥其保护作用还没有进行研究。本发明针对上述新的应用场景，提出第一避雷器参数设计方法。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明提供了一种混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法，使得受端高压LCC换流器和低压VSC换流器之间的连接母线上配置的第一避雷器能够安全运行并充分发挥其保护作用。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法，应用于混合直流输电系统，所述混合直流输电系统的受端至少一个极由LCC与VSC串联构成，其中LCC为高压端，VSC为低压端；在受端高压LCC换流器和低压VSC换流器之间的连接母线上配置有第一避雷器；在直流断路器与线路之间，配置第二避雷器；在LCC的每一个晶闸管并联第三避雷器；所述参数设计方法中第一避雷器在参数设计时需要考虑以下四种情况的一种或多种：
情况一：根据第一避雷器的首要目的保护连接母线和用于连接上下换流单元的穿墙套管，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref1；
情况二：根据第一避雷器和第三避雷器配合，保护高压LCC换流器低压端换流变压器阀侧绕组的目的，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref2；
情况三：根据第一避雷器和第二避雷器配合保护直流断路器的目的，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref3；
情况四：根据第一避雷器和直流卸荷电路DC Chopper配合，使得DC Chopper抑制系统稳态过电压，同时也能够保护第一避雷器，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref4。
上述方案中，综合考虑上述四种情况中的一种或多种，选择其中最大的参考电压作为第一避雷器的参考电压。
本发明的有益效果是：本发明提供了混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法，充分考虑了第一避雷器的四种不同的作用，针对不同的作用选择不同的避雷器参数，最后综合考虑得出第一避雷器的参考电压值。该方法即能保证第一避雷器安全运行，同时能够充分发挥其在系统中的作用，保障直流系统及相关设备的安全。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种混合直流输电系统受端高低压换流器连接母线附近避雷器配置示意图；
图2为本发明实施例提供的跨海混合直流输电系统受端高压换流器LCC22的详细电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种DC Chopper内部电路结构的示意图。
具体实施方式
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、完整地描述。
本发明提供了一种混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法，应用于混合直流输电系统，所述混合直流输电系统的受端至少一个极由LCC与VSC串联构成，其中LCC为高压端，VSC为低压端；在受端高压LCC换流器和低压VSC换流器之间的连接母线上配置有第一避雷器；在直流断路器与线路之间，配置第二避雷器；在LCC的每一个晶闸管并联第三避雷器。如图1所示为本发明实施例提供的一种混合直流输电系统受端高低压换流器连接母线附近避雷器配置示意图。图1中LCC11和LCC12是送端的高压12脉动换流器，LCC13和LCC14是送端的低压12脉动换流器；LCC21和LCC22是受端高压12脉动换流器，LCC21是高压12脉动换流器高压端，LCC22是高压12脉动换流器低压端；VSC1和VSC2是受端低压电压源型换流器。送端LCC11与受端LCC21通过800kV架空线路进行连接，受端高压LCC22低压端和低压VSC1高压端通过400kV海底电缆进行连接，VSC1高压端与VSC2高压端通过400kV海底电缆进行连接。两条400kV电缆两端均配置有直流断路器。跨海混合直流采用双极对称结构，图1仅仅展示其中的一极。
在受端LCC22换流器和VSC1换流器连接母线处配置了第一避雷器，其直接目的是用于保护连接母线和用于连接上下换流单元的穿墙套管等。假设根据该目的设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref1。
在LCC22的每一个晶闸管都并联了第三避雷器，具体的如图2所示。第三避雷器直接并联在换流阀两端，保护换流阀免受交流侧经换流变压器传递过来的操作过电压或直流侧由于各种原因产生的过电压。同时，第一避雷器和第三避雷器串联，保护LCC22换流变压器阀侧绕组。假设根据该目的设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref2。
在直流断路器与海底电缆之间，配置了第二避雷器。第二避雷器主要用于保护直流断路器靠线路侧的端子以及海底电缆的接线端。第一避雷器除了在上文中的作用外，在此处还可以用于保护直流断路器靠近阀侧的端子。即第一避雷器和第二避雷器分别保护直流断路器的一端，从而也钳制住了直流断路器端间过电压，对直流断路器进行了全方位的保护。假设根据该目的设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref3。
DC Chopper是直流卸荷电路，其结构有很多中形式，图3给出了一种典型结构，由二极管、卸荷电阻和第四避雷器串联组合而成。当连接母线电压超过最大稳态运行电压时，chopper电路导通，电流通过卸荷电阻，消耗部分能量，直流母线电压降低；当连接母线电压低于最小稳态运行电压时，直流卸荷电路关闭，直流母线电压逐渐升高。DC Chopper内的第四避雷器需要与第一避雷器有正确的配合。当电压逐渐升高时(不是操作过电压)且超过最大稳态运行电压时候，此时主要由chopper电路导通后卸荷电阻吸收大量能量，从而降低稳态电压。而第一避雷器吸收的能量应该是很小的，从而达到保护第一避雷器的效果。假设根据该目的设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref4。
综合考虑上述四种情况中的一种或多种，选择其中最大的参考电压作为第一避雷器的参考电压。
通过上面分析可以得出同时考虑第一避雷器的四个参考电压值时，此时可以得出第一避雷器的参考电压为：
Uref＝max(Uref1,Uref2,Uref3,Uref4)
不考虑直流卸荷电路，只考虑第一避雷器的情况一、二、三的参考电压值时，第一避雷器的参考电压为：
Uref＝max(Uref1,Uref2,Uref3)
如上所述，根据所考虑的不同因素，第一避雷器的的最终参考电压有不同的组合，此处不一一列举。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (2)

1.混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法，应用于混合直流输电系统，所述混合直流输电系统的受端至少一个极由LCC与VSC串联构成，其中LCC为高压端，VSC为低压端；在受端高压LCC换流器和低压VSC换流器之间的连接母线上配置有第一避雷器；在直流断路器与线路之间，配置第二避雷器；在LCC的每一个晶闸管并联第三避雷器；其特征在于，所述参数设计方法中第一避雷器在参数设计时需要考虑以下四种情况中的情况三和/或情况四，或者同时考虑情况三和/或情况四以及情况一和/或情况二：
情况一：根据第一避雷器的首要目的保护连接母线和用于连接上下换流单元的穿墙套管，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref1；
情况二：根据第一避雷器和第三避雷器配合，保护高压LCC换流器低压端换流变压器阀侧绕组的目的，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref2；
情况三：根据第一避雷器和第二避雷器配合保护直流断路器的目的，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref3；
情况四：根据第一避雷器和直流卸荷电路DC Chopper中避雷器的配合，使得DCChopper抑制系统稳态过电压，同时也能够保护第一避雷器，设计出的第一避雷器直流参考电压为Uref4。
2.根据权利要求1所述的混合直流高低压换流器连接母线处避雷器参数设计方法，其特征在于，在所考虑的情况中选择其中最大的参考电压作为第一避雷器的参考电压。
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