CN109412104A - 一种混合直流输电系统线路的防冰保线及融冰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，当直流输电线路防冰保线及融冰时，将混合直流输电系统的线路中的常规直流换流阀处于停运状态；将混合直流输电系统的常规直流侧的金属回线旁路开关均闭合；混合直流输电系统的线路中任一柔性直流换流阀解锁，与解锁的柔性直流换流阀同极的柔性直流换流阀通过阀组旁路短路；其余柔性直流换流阀停运且其余柔性直流换流阀对应的金属回线旁路开关均闭合，实现了对输电线路进行融冰。
Description
技术领域
本发明专利涉及电力系统直流输电领域，更具体地说，涉及一种混合直流输电系统的融冰方法及电路。
背景技术
电力系统遭受的各种自然灾害中，冰灾是电力系统最严重的威胁之一。对于直流输电系统来说，冬季通常输送的直流功率较小，流过直流输电线路的电流也更小，在冰灾来临时容易覆冰。一旦直流输电线路发生大规模覆冰，轻则发生冰闪，重则会造成倒塔(杆)、断线，整个直流输电系统功率输送会被长时间中断。另一方面，直流输电系统中的接地极线在双极平衡运行下不流过电流；地线作为防雷线路，也不流过电流，这两种线路在冰灾时期也极易发生覆冰，威胁直流输电系统乃至整个电力系统的安全稳定运行。
为应对越来越频繁的冰灾对直流输电系统的严重威胁，工业界与学术界研究了多种防冰以及融冰方法。主要可以分为两类，一类是利用直流输电换流阀的运行特性，采用降压运行、金属回线运行、双极功率异向传输运行等特殊运行方式，增大流过直流输电线路的直流电流，从而增大直流输电线路的发热量，起到防冰以及融冰的效果。其中降压运行或金属回线运行的方法需要常规直流换流阀长期运行在大角度大电流的工况下，对换流阀产生较大的电气应力；而双极功率异向传输运行的方法难以实现接地极线和地线的防冰以及融冰。
另外一类方法是采用专门的直流融冰装置，其基本原理是通过大功率整流装置对覆冰的线路加热进行融冰。这种方法直流电压连续可调，通过调整直流输出电压，可以满足不同长度、不同类型的线路融冰要求，降低了对运行方式的苛刻需求。但是融冰装置需要一整套融冰设备，包括变压器，电压电流互感器，换流器，开关刀闸，控制保护装置等，占地大，成本高，安装也较为复杂，以上两种方法仍有改进空间。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种混合直流输电系统的融冰方法及电路，实现了线路融冰的目的。
一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，
当直流输电线路防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中的常规直流换流阀处于停运状态；
将所述混合直流输电系统的常规直流侧的金属回线旁路开关均闭合；
所述混合直流输电系统的线路中任一柔性直流换流阀解锁，与解锁的柔性直流换流阀同极的柔性直流换流阀通过阀组旁路短路；
其余柔性直流换流阀停运且其余柔性直流换流阀对应的金属回线旁路开关均闭合；
当接地极线防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中正极相对地的常规直流换流阀处于停运状态并通过金属回线旁路开关短路；
将所述负极相对地的的常规直流换流阀停运且通过中性母线开关所在线路上的任一开关断开与其余电路隔离；
将所述正极相对地的柔性直流换流阀解锁，所述其余正极相对地的柔性直流换流阀停运，并通过阀组旁路开关短路，所述负极相对地的的柔性直流换流阀停运且通过中性母线开关所在线路上的任一开关断开与其余部分隔离；
当地线防冰保线及融冰时，地线将所述混合直流输电系统中其中一个柔性直流换流阀在直流侧进行短路，并使其余柔性直流换流阀解锁。
优选地，所述停运状态是指不给换流阀的功率器件触发触发脉冲。
优选地，所述常规直流换流阀为电网换相换流阀，所述柔性直流换流阀为模块化多电平换流阀。
优选地，所述混合直流输电系统是采用双极结构的直流输电系统，电压等级为超高压或特高压。
与现有技术相比，本发明公开的一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，当直流输电线路防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中的常规直流换流阀处于停运状态；将所述混合直流输电系统的常规直流侧的金属回线旁路开关均闭合；所述混合直流输电系统的线路中任一柔性直流换流阀解锁，与解锁的柔性直流换流阀同极的柔性直流换流阀通过阀组旁路短路；其余柔性直流换流阀停运且其余柔性直流换流阀对应的金属回线旁路开关均闭合；
当接地极线防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中正极相对地的常规直流换流阀处于停运状态并通过金属回线旁路开关短路；将所述负极相对地的的常规直流换流阀停运且通过中性母线开关所在线路上的任一开关断开与其余电路隔离；将所述正极相对地的柔性直流换流阀解锁，所述其余正极相对地的柔性直流换流阀停运，并通过阀组旁路开关短路，所述负极相对地的的柔性直流换流阀停运且通过中性母线开关所在线路上的任一开关断开与其余部分隔离；
当地线防冰保线及融冰时，地线将所述混合直流输电系统中其中一个柔性直流换流阀在直流侧进行短路，并使其余柔性直流换流阀解锁，解决了现有技术电路融冰需要加装融冰装置的问题，该混合直流输电系统利用开关的关断以及柔性直流换流阀的低电压大电流运行特性，无需增加额外的融冰装置，无需常规直流换流阀长期运行在大角度大电流的工况；且接线方式灵活，实现了输电线路的融冰。通过对融冰电路中开关特定的关断，使得电流根据特定的流向对系统中的直流输电线路以及接地极线进行融冰。
附图说明
图1是本发明中特高压混合直流输电系统的示意图；
图2是本发明中超高压混合直流输电系统的示意图；
图3是本发明提出的一种混合直流输电系统的直流输电线路防冰保线及融冰方法的电流流向的示意图；
图4是本发明提出的一种混合直流输电系统接地极线的防冰保线及融冰方法的电流流向的示意图；
图5是本发明提出的一种混合直流输电系统的地线防冰保线及融冰方法的电流流向的示意图；
图6是本发明提出的多端混合直流系统输电线路融冰方法的电流流向的示意图。
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，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
如图1所示，图1为混合直流输电系统，整流侧为常规直流换流阀的一侧，整流侧连接常规直流输电系统，逆变侧为柔性直流换流阀的一侧，逆变侧连接有柔性直流输电系统，常规直流换流侧包括两个串联的电网换相换流阀组，电网换相换流阀组为十二脉动桥式换流阀。
十二脉动桥式换流阀主要由不可控关断的半控型功率半导体组成，本实施例中不可控关断的半控型功率半导体为晶闸管。每个十二脉动桥式换流阀由两个六脉动桥式换流器串联构成。柔性直流换流侧包括两个串联的模块化多电平换流阀，模块化多电平换流阀采用全桥子模块或者全桥与半桥混合子模块拓扑，全桥子模块拓扑，主要由可关断的全控型功率半导体以及储能电容组成，可以输出正、负、零三种电平。十二脉动桥式换流阀通过交流侧的变压器与交流系统连接，模块化多电平换流阀组通过交流侧的变压器与交流系统连接。
可关断的全控型功率半导体是以下任一种或多种：绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管Power MOSFET、电子注入增强栅晶体管IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管SiC-JFET。
混合直流输电系统中线路上连接有阀组旁路开关BPS、中性母线开关NBS、金属回线开关MRTB、金属回线旁路开关以及大地回线转换开关GRTS。金属回线旁路开关，是指极金属回线运行方式下，用于旁路极的旁路开关。阀组旁路开关是，是指阀组退出状态下，用于旁路阀组的旁路开关。中性母线开关，当单极计划停运时，换流阀闭锁，将该极直流电流降为零，中性母线开关在无电流情况下分闸，将该极设备与另一极隔离。大地回线转换开关用于将直流电流从金属回线通路转换到大地回线通路的开关设备。金属回线开关MRTB装设于接地极线中，用以将直流从单极大地回线转换到单机金属回线，以保证转换过程中不中断直流功率输送，金属回线开关必须与大地回线转换开关联用。
图1中直流输电电压等级为特高压，全桥与半桥混合子模块拓扑为本实施例中优选的，减少了成本，降低了损耗。
如图2所示，直流输电电压等级为超高压。与图1不同之处在于直流侧由一个十二脉动桥式换流阀构成，逆变侧由一个模块化多电平换流阀组构成。
如图3所示，当直流输电线路防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中的常规直流换流阀处于停运状态；
将所述混合直流输电系统的直流侧的金属回线旁路开关均闭合；所述混合直流输电系统的线路中任一柔性直流换流阀解锁，与解锁的柔性直流换流阀同极的柔性直流换流阀通过阀组旁路短路；
其余柔性直流换流阀停运且其余柔性直流换流阀对应的金属回线旁路开关均闭合；
输电线路是指用于传输直流功率的线路，黑色加粗线路为融冰运行状态下的电流通路，在电流通路上的开关刀闸均闭合。在实际操作中，可以选择受端柔性直流换流站任意一个阀组进行融冰运行。
如图4所示，当接地极线防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中正极相对地的常规直流换流阀处于停运状态并通过金属回线旁路开关短路；
将所述负极相对地的的常规直流换流阀停运且通过大地回线转换开关以及金属回线开关与其余电路隔离；
将所述正极相对地的柔性直流换流阀解锁，所述其余正极相对地的柔性直流换流阀停运，并通过阀组旁路开关短路，所述负极相对地的的柔性直流换流阀停运且通过中性母线开关与其余部分隔离；
接地极线是指用于连接换流站与接地极之间的线路，黑色加粗线路为融冰运行状态下的电流通路，在电流通路上的开关刀闸均闭合。在实际操作中，可以选择受端柔性直流换流站任意一个阀组进行防冰保线或融冰运行。
如图5所示，地线是指随输电线路铺设的架空防雷线，当地线防冰保线及融冰时，地线将所述混合直流输电系统中其中一个柔性直流换流阀在直流侧进行短路，并使其余柔性直流换流阀解锁，黑色加粗线路为融冰运行状态下的电流通路，在电流通路上的开关刀闸均闭合。在实际操作中，可以选择受端柔性直流换流站任意一个阀组进行融冰运行。
如图6所示，对于多端混合直流输电系统，其融冰方法与两端直流输电系统相同，区别在于可以选择多个柔性直流换流站同时进行融冰。每个受端换流站可选择其中一个阀组进行融冰运行。黑色加粗线路为融冰运行状态下的电流通路，在电流通路上的开关刀闸均闭合。
柔性直流换流阀低压大电流的运行方式，是指模块化多电平换流阀通过调整直流输出电压，满足不同长度、不同类型线路融冰/防冰保线所需要的直流电流。在这种运行方式下，直流电流通常较大，但直流电压相对较小，因此称为低压大电流的运行方式。这种运行方式需要柔性直流换流阀含有全桥子模块才能实现。
本发明提供供一种混合直流输电系统防冰保线及融冰方法，该方法利用模块化多电平换流阀的低电压大电流运行特性，可以实现直流输电线路、接地极线以及地线的融冰功能。该方法无需增加额外的融冰装置，无需常规直流换流阀长期运行在大角度大电流的工况；且接线方式灵活，可以实现直流输电线路、接地极线以及地线等直流输电系统中多种线路的防冰保线以及融冰功能，并且融冰电路可以配适于一端为常规直流换流系统，另一端为柔性直流换流系统的混合直流输电系统。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，其特征在于，
当直流输电线路防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中的常规直流换流阀处于停运状态；
将所述混合直流输电系统的常规直流侧的金属回线旁路开关均闭合；
所述混合直流输电系统的线路中任一柔性直流换流阀解锁，与解锁的柔性直流换流阀同极的柔性直流换流阀通过阀组旁路短路；
其余柔性直流换流阀停运且其余柔性直流换流阀对应的金属回线旁路开关均闭合；
当接地极线防冰保线及融冰时，将所述混合直流输电系统的线路中正极相对地的常规直流换流阀处于停运状态并通过金属回线旁路开关短路；
将所述负极相对地的的常规直流换流阀停运且通过中性母线开关所在线路上的任一开关断开与其余电路隔离；
将所述正极相对地的柔性直流换流阀解锁，所述其余正极相对地的柔性直流换流阀停运，并通过阀组旁路开关短路，所述负极相对地的的柔性直流换流阀停运且通过中性母线开关所在线路上的任一开关断开与其余部分隔离；
当地线防冰保线及融冰时，地线将所述混合直流输电系统中其中一个柔性直流换流阀在直流侧进行短路，并使该柔性直流换流阀解锁。
2.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，其特征在于，所述停运状态是指不给换流阀的功率器件触发触发脉冲。
3.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，其特征在于，所述解锁是指给换流阀的功率器件触发触发脉冲。
4.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，其特征在于，所述常规直流换流阀为电网换相换流阀，所述柔性直流换流阀为模块化多电平换流阀。
5.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统的防冰保线及融冰方法，其特征在于，所述混合直流输电系统是采用双极结构的直流输电系统，电压等级为超高压或特高压。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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