CN109672206A - 一种混合直流输电系统及其串联换流器投入装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合直流输电系统及其串联换流器投入装置及方法，包括：控制整流换流站需投入的晶闸管换流器合直流侧隔离刀闸，合交流侧进线开关，解锁需投入的晶闸管换流器，断开直流侧并联旁通开关；控制逆变换流站需投入的电压源型换流器合直流侧隔离刀闸，断开交流侧旁路开关，接入充电电阻，合交流进线开关，通过充电电阻对需投入的电压源型换流器进行预充电，预充电完成后，合交流侧旁路开关；选择定直流电压控制方式解锁，断开直流侧并联旁通电路；最后恢复混合直流输电系统的运行功率。本发明能够有效的解决混合换流器在线投入的难题,实现串联VSC换流器的在线投入，减小投入时的交直流电流冲击，更好的保护交直流输电系统的安全。
Description
技术领域
本发明属于混合直流输电领域，特别涉及一种混合直流输电系统及其串联换流器投入装置及方法。
背景技术
高压直流输电系统可分为两种类型：基于晶闸管技术的常规直流输电系统(LCC-HVDC)和基于全控型电压源换流器的柔性直流输电系统(VSC-HVDC)。其中，常规直流输电系统(LCC-HVDC)的优点是成本低、损耗小、运行技术成熟，缺点是逆变侧容易发生换相失败、对交流系统的依赖性强、吸收大量无功、换流站占地面积大。而新一代的柔性直流输电系统则具有能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在逆变侧换相失败问题等优点，但其存在成本高昂、损耗较大等缺陷。近年来，综合LCC-HVDC和VSC-HVDC技术的混合直流输电技术具有良好的工程应用前景，通过在整流侧采用LCC-HVDC，逆变侧采用VSC-HVDC,可以减轻或避免逆变侧的换相失败问题，同时一定程度保证工程造价上的优势。
为了满足远距离大容量输电的要求，常规直流输电系统一般采用两个或多个换流器串联的技术来提升系统的直流电压等级和输送容量。与之相同，目前国内正在实施的混合直流输电工程采用整流侧为两个晶闸管换流器串联，逆变侧为两个电压源型换流器串联或者一个电压源型换流器与一个晶闸管换流器串联的拓扑结构。
对于采用换流器串联技术的直流输电系统，换流器在线投退是一项关键技术。换流器在线投退可以保证单换流器的投入和退出运行不影响另一串联换流器的正常运行，从而保证串联型直流输电系统运行的灵活性和可靠性。当前常规直流输电系统的晶闸管型换流器的在线投退技术已较为成熟，混合直流输电系统的电压源型换流器的在线投退技术尚处于研究之中。专利CN106655125A提出了一种基于一种混合直流系统中单阀组在线投入退出方法，所提方法中电压源型换流器采用具有全桥子模块，并不适用于采用半桥子模块的电压源型换流器，不具有通用性。
因此，本发明提供一种混合直流输电系统及其串联换流器投入装置及方法，其能够有效的解决混合换流器在线投入的难题,实现串联VSC换流器的在线投入，减小投入时的交直流电流冲击，更好的保护各输电设备的安全。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种混合直流输电系统及其串联换流器投入装置及方法，应用在至少一端为含有晶闸管换流器的整流换流站，一端为含有电压源型换流器的逆变换流站组成的混合直流输电系统，能够有效的解决混合换流器在线投入的难题，实现串联VSC换流器的在线投入，减小投入时的交直流电流冲击，更好的保护各输电设备的安全。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种混合直流输电系统，所述混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，所述整流换流站包括至少一组晶闸管换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元；
晶闸管换流器单元包括晶闸管换流器与旁通开关，二者并联连接；或者包括晶闸管换流器与旁通开关及刀闸组件，晶闸管换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸；
晶闸管换流器单元交流侧包括相互串联的交流进线开关、换流变压器；
电压源型换流器单元交流侧包括相互串联的交流进线开关、换流变压器和充电电阻，所述充电电阻的两端还并联旁路开关；
所述电压源型换流器单元包括电压源型换流器及其旁通电路；或者包括电压源型换流器及其旁通电路和刀闸组件，并且电压源型换流器及其旁通电路两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。
优选的，所述电压源型换流器及其旁通电路为电压源型换流器直流端与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流端与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，经过直流线路与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通开关并联，经过直流线路与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通晶闸管阀并联，经过直流线路与旁通开关并联。
本发明还提出了一种混合直流输电系统的串联换流器投入装置，所述串联换流器投入装置用于在线投入串联换流器，包括采集单元、判别单元、控制单元，其中：
所述采集单元，用于采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、直流场开关刀闸的位置状态，换流器投入启动信号；
所述判别单元，用于依据采集单元所采集的各模拟量及各数字量信号判断混合直流输电系统是否进行换流器投入操作；
所述控制单元，用于在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，控制整流换流站需投入的晶闸管换流器合直流侧隔离刀闸，合交流侧进线开关，解锁需投入的晶闸管换流器，断开直流侧并联旁通开关；控制逆变换流站需投入的电压源型换流器合直流侧隔离刀闸，断开交流侧旁路开关，接入充电电阻，合交流进线开关，通过充电电阻对需投入的电压源型换流器进行预充电，预充电完成后，合交流侧旁路开关；选择定直流电压控制方式解锁，断开直流侧并联旁通电路；最后恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选地，所述控制单元在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行以下步骤：
(1)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(2)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a2)合直流侧隔离刀闸；
(b2)合交流侧进线开关；
(3)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a3)断开直流侧并联旁通开关；
(b3)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(4)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a4)合直流侧隔离刀闸；
(b4)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c4)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(5)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a5)选择定直流电压控制方式解锁；
(b5)断开直流侧并联旁通电路；
(6)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选地，所述控制单元在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行以下步骤：
(21)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(22)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a22)合直流侧隔离刀闸；
(b22)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c22)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(23)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a23)选择定直流电压控制方式解锁；
(b23)断开直流侧并联旁通电路；
(24)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a24)合直流侧隔离刀闸；
(b24)合交流侧进线开关；
(25)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a25)断开直流侧并联旁通开关；
(b25)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(26)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选的，所述换流器投入启动信号由运行人员触发或由故障信号触发。
优选的，所述控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内是指将混合直流输电系统的直流电流控制到低于电流门槛，直流电压控制到低于电压门槛。
优选的，所述电流门槛取值范围为0～0.05pu，其中1pu为额定直流电流；电压门槛取值范围为0～0.2pu，其中1pu为额定直流电压。
优选的，所述预充电完成是指需投入的电压源型换流器单个桥臂的所有电容电压之和为阀侧交流线电压有效值的1.15～3.0倍，且维持稳定。
本发明同时提出了一种混合直流输电系统的串联换流器投入方法，所述换流器投入方法为：在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，控制整流换流站需投入的晶闸管换流器合直流侧隔离刀闸，合交流侧进线开关，解锁需投入的晶闸管换流器，断开直流侧并联旁通开关；控制逆变换流站需投入的电压源型换流器合直流侧隔离刀闸，断开交流侧旁路开关，接入充电电阻，合交流进线开关，通过充电电阻对需投入的电压源型换流器进行预充电，预充电完成后，合交流侧旁路开关；选择定直流电压控制方式解锁，断开直流侧并联旁通电路；最后恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选地，所述换流器投入方法为在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行如下步骤：
(1)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(2)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a2)合直流侧隔离刀闸；
(b2)合交流侧进线开关；
(3)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a3)断开直流侧并联旁通开关；
(b3)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(4)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a4)合直流侧隔离刀闸；
(b4)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c4)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(5)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a5)选择定直流电压控制方式解锁；
(b5)断开直流侧并联旁通电路；
(6)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选地，所述换流器投入方法为在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行如下步骤：
(21)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(22)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a22)合直流侧隔离刀闸；
(b22)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c22)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(23)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a23)选择定直流电压控制方式解锁；
(b23)断开直流侧并联旁通电路；
(24)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a24)合直流侧隔离刀闸；
(b24)合交流侧进线开关；
(25)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a25)断开直流侧并联旁通开关；
(b25)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(26)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选的，所述控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内是指将混合直流输电系统的直流电流控制到低于电流门槛，直流电压控制到低于电压门槛。
优选的，所述电流门槛取值范围为0～0.05pu，其中1pu为额定直流电流；电压门槛取值范围为0～0.2pu，其中1pu为额定直流电压。
优选的，所述预充电完成是指需投入的电压源型换流器单个桥臂的所有电容电压之和为阀侧交流线电压有效值的1.15～3.0倍，且维持稳定。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，操作方便，能够有效的解决混合换流器在线投入的难题,实现串联VSC换流器的在线投入，减小投入时的交直流电流冲击，更好的保护各设备的安全。
附图说明
图1是晶闸管换流器单元和电压源型换流器单元相连的四种拓扑结构；
图2是典型的晶闸管换流器单元和电压源型换流器单元相连的四种拓扑结构；
图3是整流站由晶闸管换流器，逆变站由两种混合直流换流器组成的两端混合特高压直流输电系统；
图4是整流站由晶闸管换流器，逆变站由两种混合直流换流器组成的混合级联多端特高压直流输电系统；
图5是整流站1和整流站2由晶闸管换流器，逆变侧由电压源型换流器组成的混合三端直流输电系统；
图6是整流站由晶闸管换流器，逆变站1由晶闸管换流器，逆变站2由电压源型换流器并联组成的混合三端直流输电系统；
图7是整流站由晶闸管换流器，逆变站1和逆变站2均由电压源型换流器并联组成的混合三端直流输电系统；
图8是本发明的一种混合直流输电系统串联换流器在线投入装置；
图9是本发明的一种混合直流输电系统串联换流器在线投入方法。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。其中，相同的组件使用相同的附图标记。
本发明公开了一种混合直流输电系统，包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，所述整流换流站包括至少一组晶闸管换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元；
晶闸管换流器单元包括晶闸管换流器与旁通开关，二者并联连接；或者包括晶闸管换流器与旁通开关及刀闸组件，晶闸管换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸；
晶闸管换流器单元交流侧包括相互串联的交流进线开关、换流变压器；
电压源型换流器单元交流侧包括相互串联的交流进线开关、换流变压器和充电电阻，所述充电电阻的两端还并联旁路开关；
其中，电压源型换流器单元包括电压源型换流器及其旁通电路；或者包括电压源型换流器及其旁通电路和刀闸组件，并且电压源型换流器及其旁通电路两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。
其中，所述电压源型换流器及其旁通电路为电压源型换流器直流端与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流端与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，经过直流线路与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通开关并联，经过直流线路与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通晶闸管阀并联，经过直流线路与旁通开关并联。
图1为本发明晶闸管换流器单元和电压源型换流器单元相连的四种拓扑结构。其中，图1(a)是晶闸管换流器单元的阴极X1和电压源型换流器单元的负极X4相连的拓扑结构；图1(b)是晶闸管换流器单元的阳极X2和电压源型换流器单元的正极X3相连的拓扑结构；图1(c)是晶闸管换流器单元的阴极X1和电压源型换流器单元的正极X3相连的拓扑结构；图1(d)是晶闸管换流器单元的阳极X2和电压源型换流器单元的负极X4相连的拓扑结构。
图2为本发明优选的晶闸管换流器单元和电压源型换流器单元相连的四种拓扑结构。其中，图2(a)是优选的晶闸管换流器单元的阴极和电压源型换流器单元的负极相连的拓扑结构；图2(b)是优选的晶闸管换流器单元的阳极和电压源型换流器单元的正极相连的拓扑结构；图2(c)是优选的晶闸管换流器单元的阴极和电压源型换流器单元的正极相连的拓扑结构；图2(d)是优选的晶闸管换流器单元的阳极和电压源型换流器单元的负极相连的拓扑结构。晶闸管换流器单元包括晶闸管换流器1与旁通开关及刀闸组件，晶闸管换流器1与旁通开关3并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸5的一端相连，连接刀闸5的另一端并联旁通开关或刀闸4。电压源型换流器单元包括电压源换流器2与旁通开关及刀闸组件，电压源换流器2串联限流电抗器61及阻断二极管32后与旁通电力电子开关71并联连接，并联后的单元两端分别和阀组连接线连接开关或刀闸5、母线连接开关或刀闸5的一端相连，阀组连接线连接开关或刀闸5、母线连接开关或刀闸5的另一端并联旁通开关或刀闸4。为了匹配晶闸管换流器1的容量，电压源换流器2为一个换流器或多个换流器并联。可选地，为了更好地抑制直流故障电流，电压源换流器2与限流电抗器61之间增加具有分断直流故障电流的直流断路器，或者增加与直流电流流向同方向的阻断二极管32。
本发明适用于如图3和图4所示的混合直流输电系统，但不限于这两种输电系统，如图5，图6，图7所示的混合三端直流输电系统也适用于本发明，本发明适用于所有的整流侧存在晶闸管换流器，逆变侧存在电压源型换流器的混合直流输电系统。下面以图3作为具体实施例进行说明。
如图3所示，混合直流输电系统包括：整流换流站和逆变换流站，两者通过两条直流输电线路相连，其中：整流换流站20用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路传送给逆变换流站21，送端交流电网进站的母线10上可连接有无源滤波器23，也可能没有,需根据系统工程条件来确定,当送端由晶闸管换流器组成时，一般需要装设无源滤波器，有时还需要装设无功补偿电容器。图3中整流换流站由两组晶闸管换流器单元1串联组成，其串联节点连接接地极7，串联后的正负两端均通过平波电抗器13与直流输电线路15相连接；同时在直流线路与大地之间装设有直流滤波器14。
晶闸管换流器单元采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成，晶闸管换流器采用定直流电流控制策略控制。晶闸管换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组变压器8与送端交流电网连接，且变压器一次侧分别装设有交流断路器11。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。
逆变换流站用于将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网，其由两组电压源型换流器2和两组晶闸管换流器1串联组成，其串联节点连接接地极7，电压源型换流器通过一台接线方式为Y0/Δ的双绕组变压器11与受端交流电网连接，在变压器一次侧分别装设有交流断路器11，电压源型换流器采用定直流电压和定无功功率控制策略控制，晶闸管换流器采用定直流电压控制。
如图3所示，电压源型换流器单元包括电压源型换流器2及其旁通电路71，电压源型换流器2两端并联旁通电路71；或者包括电压源型换流器2和刀闸组件4、5，电压源型换流器2两端分别和连接刀闸5的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸4；或者包括电压源型换流器2及其旁通电路71和刀闸组件4、5，电压源型换流器2两端并联旁通电路71后分别和连接刀闸5的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸4；或者包括电压源型换流器2及其旁通电路71，阻断二极管32和刀闸组件4、5，电压源型换流器2串接阻断二极管32后并联旁通电路71，旁通电路71两端分别和连接刀闸5的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸4；或者包括电压源型换流器2及其旁通电路71，限流电抗61和刀闸组件4、5，电压源型换流器2串接限流电抗61后并联旁通电路71，旁通电路71两端分别和连接刀闸5的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸4；或者包括电压源型换流器2及其旁通电路71，限流电抗61，阻断二极管32和刀闸组件4、5，电压源型换流器2串接阻断二极管32，限流电抗61后并联旁通电路71，旁通电路71两端分别和连接刀闸5的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸4。
本发明还公开了一种混合直流输电系统串联换流器投入方法，在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，控制整流换流站需投入的晶闸管换流器合直流侧隔离刀闸，合交流侧进线开关，解锁需投入的晶闸管换流器，断开直流侧并联旁通开关；控制逆变换流站需投入的电压源型换流器合直流侧隔离刀闸，断开交流侧旁路开关，接入充电电阻，合交流进线开关，通过充电电阻对需投入的电压源型换流器进行预充电，预充电完成后，合交流侧旁路开关；选择定直流电压控制方式解锁，断开直流侧并联旁通电路；最后恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选实施例1：
所述换流器投入方法为在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行如下步骤：
(1)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(2)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a2)合直流侧隔离刀闸；
(b2)合交流侧进线开关；
(3)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a3)断开直流侧并联旁通开关；
(b3)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(4)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a4)合直流侧隔离刀闸；
(b4)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c4)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(5)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a5)选择定直流电压控制方式解锁；
(b5)断开直流侧并联旁通电路；
(6)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选实施例2：
所述换流器投入方法为在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行如下步骤：
(21)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(22)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a22)合直流侧隔离刀闸；
(b22)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c22)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(23)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a23)选择定直流电压控制方式解锁；
(b23)断开直流侧并联旁通电路；
(24)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a24)合直流侧隔离刀闸；
(b24)合交流侧进线开关；
(25)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a25)断开直流侧并联旁通开关；
(b25)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(26)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
其中，所述控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内是指将混合直流输电系统的直流电流控制到低于电流门槛，直流电压控制到低于电压门槛。
其中，所述电流门槛取值范围为0～0.05pu，其中1pu为额定直流电流；电压门槛取值范围为0～0.2pu，其中1pu为额定直流电压。
其中，所述预充电完成是指需投入的电压源型换流器单个桥臂的所有电容电压之和为阀侧交流线电压有效值的1.15～3.0倍，且维持稳定。图9所示是本发明的混合直流输电系统串联换流器投入方法流程图。
以图3所示的混合直流输电系统为例，整流换流站中高、低端换流器均为晶闸管换流器1，逆变换流站中高端换流器为晶闸管换流器1，低端换流器为电压源型换流器2。例如当整流换流站仅高端换流器在运行，逆变换流站仅高端换流器在运行时，整流换流站高端换流器母线连接开关或刀闸11在合位，旁通开关3在分位，连接刀闸5在合位，旁通刀闸4在分位，整流换流站低端换流器母线连接开关或刀闸11在分位，旁通开关3在分位，连接刀闸5在分位，旁通刀闸4在合位，逆变换流站高端换流器母线连接开关或刀闸11在合位，旁通开关3在分位，连接刀闸5在合位，旁通刀闸4在分位，逆变站低端换流器母线连接开关或刀闸11在分位，旁通电路71在分位，连接刀闸5在分位，旁通刀闸4在合位。当获取需要投入低端换流器信号时，整流换流站高端换流器立即增大触发角，同时逆变换流站降低直流电压，最终使系统直流电流，直流电压下降到0附近，随后整流换流站低端晶闸管换流器1合交流母线连接开关或刀闸11，晶闸管换流器1充电，合上旁通开关3，合上连接刀闸5，断开旁通刀闸4，解锁由晶闸管换流器1组成的低端换流器，断开直流侧并联旁通开关3，逆变侧换流站断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关11，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器2进行预充电；预充电完成即电压源型换流器2单个桥臂的所有电容电压之和为阀侧交流线电压有效值的1.15～3.0倍，且维持稳定后，合交流侧旁路开关，收到选择定直流电压控制方式解锁由电压源型换流器2组成的低端换流器，断开直流侧并联旁通电路71及旁通刀闸4；至此整流和逆变两站的低端换流器投入完成，最后，控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
图8所示是本发明的混合直流输电系统串联换流器投入装置，其包括采集单元、判别单元、控制单元，下面对各个单元进行详细的介绍：
所述采集单元，用于采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、直流场开关刀闸的位置状态，换流器投入启动信号；
所述判别单元，用于依据采集单元所采集的各模拟量及各数字量信号判断混合直流输电系统是否进行换流器投入操作；
所述控制单元，用于在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，控制整流换流站需投入的晶闸管换流器合直流侧隔离刀闸，合交流侧进线开关，解锁需投入的晶闸管换流器，断开直流侧并联旁通开关；控制逆变换流站需投入的电压源型换流器合直流侧隔离刀闸，断开交流侧旁路开关，接入充电电阻，合交流进线开关，通过充电电阻对需投入的电压源型换流器进行预充电，预充电完成后，合交流侧旁路开关；选择定直流电压控制方式解锁，断开直流侧并联旁通电路；最后恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选实施例3：
所述控制单元在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行以下步骤：
(1)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(2)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a2)合直流侧隔离刀闸；
(b2)合交流侧进线开关；
(3)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a3)断开直流侧并联旁通开关；
(b3)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(4)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a4)合直流侧隔离刀闸；
(b4)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c4)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(5)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a5)选择定直流电压控制方式解锁；
(b5)断开直流侧并联旁通电路；
(6)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
优选实施例4：
所述控制单元在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行以下步骤：
(21)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(22)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a22)合直流侧隔离刀闸；
(b22)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c22)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(23)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a23)选择定直流电压控制方式解锁；
(b23)断开直流侧并联旁通电路；
(24)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a24)合直流侧隔离刀闸；
(b24)合交流侧进线开关；
(25)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a25)断开直流侧并联旁通开关；
(b25)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(26)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
其中，所述电压源型换流器及其旁通电路为电压源型换流器直流端与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流端与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，经过直流线路与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通开关并联，经过直流线路与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通晶闸管阀并联，经过直流线路与旁通开关并联。
其中，所述换流器投入启动信号由运行人员触发或由故障信号触发。
其中，所述控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内是指将混合直流输电系统的直流电流控制到低于电流门槛，直流电压控制到低于电压门槛；所述电流门槛取值范围为0～0.05pu，其中1pu为额定直流电流；电压门槛取值范围为0～0.2pu，其中1pu为额定直流电压。
其中，所述预充电完成是指需投入的电压源型换流器单个桥臂的所有电容电压之和为阀侧交流线电压有效值的1.15～3.0倍，且维持稳定。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，操作方便，能够有效的解决混合换流器在线投入的难题,实现串联VSC换流器的在线投入，减小投入时的交直流电流冲击，更好的保护各设备的安全。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (15)
1.一种混合直流输电系统，所述混合直流输电系统包括用于连接送端交流电网的整流换流站、用于连接受端交流电网的逆变换流站以及用于连接整流换流站和逆变换流站的直流输电线路，所述整流换流站包括至少一组晶闸管换流器单元，所述逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元；
晶闸管换流器单元包括晶闸管换流器与旁通开关，二者并联连接；或者包括晶闸管换流器与旁通开关及刀闸组件，晶闸管换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸；
晶闸管换流器单元交流侧包括相互串联的交流进线开关、换流变压器；
电压源型换流器单元交流侧包括相互串联的交流进线开关、换流变压器和充电电阻，所述充电电阻的两端还并联旁路开关；
其特征在于，所述电压源型换流器单元包括电压源型换流器及其旁通电路；或者包括电压源型换流器及其旁通电路和刀闸组件，并且电压源型换流器及其旁通电路两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。
2.根据权利要求1所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，
所述电压源型换流器及其旁通电路为电压源型换流器直流端与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流端与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，经过直流线路与旁通开关并联，同时旁通开关两端并联有旁通晶闸管阀；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通开关并联，经过直流线路与旁通晶闸管阀并联；或者电压源型换流器直流侧串联二极管阀后，与旁通晶闸管阀并联，经过直流线路与旁通开关并联。
3.根据权利要求1或2所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入装置，其特征在于，所述串联换流器投入装置用于在线投入串联换流器，包括采集单元、判别单元、控制单元，其中：
所述采集单元，用于采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、直流场开关刀闸的位置状态，换流器投入启动信号；
所述判别单元，用于依据采集单元所采集的各模拟量及各数字量信号判断混合直流输电系统是否进行换流器投入操作；
所述控制单元，用于在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，控制整流换流站需投入的晶闸管换流器合直流侧隔离刀闸，合交流侧进线开关，解锁需投入的晶闸管换流器，断开直流侧并联旁通开关；控制逆变换流站需投入的电压源型换流器合直流侧隔离刀闸，断开交流侧旁路开关，接入充电电阻，合交流进线开关，通过充电电阻对需投入的电压源型换流器进行预充电，预充电完成后，合交流侧旁路开关；选择定直流电压控制方式解锁，断开直流侧并联旁通电路；最后恢复混合直流输电系统的运行功率。
4.根据权利要求3所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入装置，其特征在于，所述控制单元在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行以下步骤：
(1)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(2)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a2)合直流侧隔离刀闸；
(b2)合交流侧进线开关；
(3)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a3)断开直流侧并联旁通开关；
(b3)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(4)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a4)合直流侧隔离刀闸；
(b4)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c4)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(5)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a5)选择定直流电压控制方式解锁；
(b5)断开直流侧并联旁通电路；
(6)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
5.根据权利要求3所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入装置，其特征在于，所述控制单元在所述判别单元检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行以下步骤：
(21)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(22)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a22)合直流侧隔离刀闸；
(b22)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c22)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(23)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a23)选择定直流电压控制方式解锁；
(b23)断开直流侧并联旁通电路；
(24)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a24)合直流侧隔离刀闸；
(b24)合交流侧进线开关；
(25)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a25)断开直流侧并联旁通开关；
(b25)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(26)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
6.根据权利要求3所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入装置，其特征在于，
所述换流器投入启动信号由运行人员触发或由故障信号触发。
7.根据权利要求4或5所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入装置，其特征在于，
所述控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内是指将混合直流输电系统的直流电流控制到低于电流门槛，直流电压控制到低于电压门槛。
8.根据权利要求7所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入装置，其特征在于，所述电流门槛取值范围为0～0.05pu，其中1pu为额定直流电流；电压门槛取值范围为0～0.2pu，其中1pu为额定直流电压。
9.根据权利要求3所述的一种混合直流输电系统串联换流器投入装置，其特征在于，
所述预充电完成是指需投入的电压源型换流器单个桥臂的所有电容电压之和为阀侧交流线电压有效值的1.15～3.0倍，且维持稳定。
10.根据权利要求1或2所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入方法，
其特征在于，所述换流器投入方法为：在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，控制整流换流站需投入的晶闸管换流器合直流侧隔离刀闸，合交流侧进线开关，解锁需投入的晶闸管换流器，断开直流侧并联旁通开关；控制逆变换流站需投入的电压源型换流器合直流侧隔离刀闸，断开交流侧旁路开关，接入充电电阻，合交流进线开关，通过充电电阻对需投入的电压源型换流器进行预充电，预充电完成后，合交流侧旁路开关；选择定直流电压控制方式解锁，断开直流侧并联旁通电路；最后恢复混合直流输电系统的运行功率。
11.根据权利要求10所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入方法，其特征在于，所述换流器投入方法为在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行如下步骤：
(1)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(2)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a2)合直流侧隔离刀闸；
(b2)合交流侧进线开关；
(3)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a3)断开直流侧并联旁通开关；
(b3)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(4)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a4)合直流侧隔离刀闸；
(b4)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c4)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(5)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a5)选择定直流电压控制方式解锁；
(b5)断开直流侧并联旁通电路；
(6)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
12.根据权利要求10所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入方法，其特征在于，
所述换流器投入方法为在检测到混合直流输电系统需要进行换流器投入操作时，具体执行如下步骤：
(21)控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内；
(22)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下三部分内容的操作，三部分内容的操作顺序不分先后：
(a22)合直流侧隔离刀闸；
(b22)选择STATCOM运行方式或直流运行方式；
(c22)断开交流侧旁路开关，充电电阻接入交流线路；合交流进线开关，通过充电电阻对逆变换流站需投入的电压源型换流器进行预充电；预充电完成后，合交流侧旁路开关；
(23)控制逆变换流站需投入的电压源型换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a23)选择定直流电压控制方式解锁；
(b23)断开直流侧并联旁通电路；
(24)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a24)合直流侧隔离刀闸；
(b24)合交流侧进线开关；
(25)控制整流换流站需投入的晶闸管换流器进行以下两部分内容的操作，两部分内容的操作顺序不分先后：
(a25)断开直流侧并联旁通开关；
(b25)解锁整流换流站需投入的晶闸管换流器；
(26)控制整流换流站减小触发角,控制逆变换流站升高直流电压至额定，恢复混合直流输电系统的运行功率。
13.根据权利要求10所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入方法，其特征在于，
所述控制整流换流站增大触发角,控制逆变换流站直流电压降低至允许换流器投入的范围内是指将混合直流输电系统的直流电流控制到低于电流门槛，直流电压控制到低于电压门槛。
14.根据权利要求13所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入方法，其特征在于，所述电流门槛取值范围为0～0.05pu，其中1pu为额定直流电流；电压门槛取值范围为0～0.2pu，其中1pu为额定直流电压。
15.根据权利要求10所述的一种混合直流输电系统的串联换流器投入方法，其特征在于，
所述预充电完成是指需投入的电压源型换流器单个桥臂的所有电容电压之和为阀侧交流线电压有效值的1.15～3.0倍，且维持稳定。
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