CN109742783A - 混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法及装置。混合直流输电系统的逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元及与其并联的第四旁通开关，电压源型换流器单元包括串联的电压源型换流器和二极管阀，二极管阀负极连接电压源型换流器正极，所述方法包括：控制投入旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组与串联开关串联后与电压源型换流器单元并联，二极管阀正极连接旁通晶闸管阀组正极；合上第四旁通开关；闭锁电压源型换流器；闭锁旁通晶闸管阀组；断开串联开关；当整流换流站检测到逆变换流站退出一个换流器后，退出高端晶闸管换流器或低端晶闸管换流器的一个。本发明结构简单，操作方便，能有效减小电流冲击和功率损失，保护设备安全。

Description

混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法及装置

技术领域

本发明涉及混合直流输电技术领域，具体涉及混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法及装置。

背景技术

高压直流输电系统可分为两种类型，一种是基于晶闸管技术的常规直流输电系统(LCC-HVDC)，一种是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。

发明内容

为了有效的解决混合换流器在线退出的难题，实现串联VSC换流器的在线退出，减小退出时的交直流电流冲击和功率损失，保证电压源型换流器并联旁通晶闸管的可靠关断，更好的保护各输电设备的安全，本发明实施例拟提供混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法及装置。

本发明实施例提供了一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法，所述混合直流输电系统的逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元、第四旁通开关，所述电压源型换流器单元与所述第四旁通开关并联，所述电压源型换流器单元包括串联的电压源型换流器和二极管阀，所述二极管阀的负极连接所述电压源型换流器的正极，其特征在于，包括：

控制投入旁通晶闸管阀组，所述旁通晶闸管阀组与串联开关串联后与所述电压源型换流器单元并联，所述二极管阀的正极连接所述旁通晶闸管阀组的正极；

合上所述第四旁通开关；

闭锁所述电压源型换流器；

闭锁所述旁通晶闸管阀组；

断开所述串联开关；

当整流换流站检测到逆变换流站退出一个换流器后，退出高端晶闸管换流器或低端晶闸管换流器的一个。

进一步地，所述整流换流站检测到逆变换流站退出一个换流器，包括：

所述整流换流站通过站间通信接收所述逆变换流站退出一个换流器的信号；或者

所述整流换流站检测到直流电压降低到0.4至0.6倍额定直流电压之间。

进一步地，所述退出高端晶闸管换流器或低端晶闸管换流器的一个包括：

增大整流侧待退出晶闸管换流器的触发角至90±5度；

投入所述待退出晶闸管换流器的旁通对；

闭合所述待退出晶闸管换流器并联的旁通开关；

闭锁所述待退出晶闸管换流器。

进一步地，所述电压源型换流器桥臂的构成子模块包括半桥型、全桥型、类全桥型、篏位双子模块型的一种或一种以上，构成所述子模块的开关器件是全控型开关器件。

进一步地，所述全控型电力电子器件包括IGBT、IGCT、IEGT或GTO的一种。

进一步地，所述串联开关包括机械式开关或电力电子开关或刀闸，在正常工作时处于闭合状态。

本发明实施例还提供一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出装置，所述混合直流输电系统的逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元、第四旁通开关，所述电压源型换流器单元与所述第四旁通开关并联，所述电压源型换流器单元包括串联的待退出的电压源型换流器和二极管阀，所述二极管阀的负极连接所述电压源型换流器的正极，其特征在于，包括：

旁通晶闸管单元，与所述电压源型换流器单元并联，包括串联连接的旁通晶闸管阀组和串联开关，用于在线退出所述电压源型换流器；所述二极管阀的正极连接所述旁通晶闸管阀组的正极。

进一步地，所述整流换流站包括高端晶闸管换流器、第一旁通开关、低端晶闸管换流器、第二旁通开关，其中：

所述高端晶闸管换流器、低端晶闸管换流器连接在所述送端交流电网，进行整流变换后将整流电流通过所述直流输电线路送到所述逆变换流站；

所述第一旁通开关与所述高端晶闸管换流器并联，在线退出所述高端晶闸管换流器；

所述第二旁通开关与所述低端晶闸管换流器并联，在线退出所述低端晶闸管换流器。

本发明的实施例提供的技术方案，结构简单，操作方便，能够有效的解决混合换流器在线退出的难题，实现串联VSC换流器的在线退出，减小退出时的交直流电流冲击和功率损失，更好的保护各设备的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种逆变换流站的拓扑结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种逆变换流站的拓扑结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出装置组成示意图；

图4是本发明另一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出装置组成示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种混合直流输电系统组成示意图；

图6是本发明一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法流程示意图；

图7是本发明另一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法流程示意图。

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，以下将结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。其只是包含了本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本发明的各种变化获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应该理解的是，虽然第一、第二、第三等用语可使用于本文中用来描述各种元件或组件，但这些元件或组件不应被这些用语所限制。这些用语仅用以区分一个元件或组件与另一元件或组件。因此，下述讨论之第一元件或组件，在不脱离本发明之内容下，可被称为第二元件或第二组件。

图1是本发明一实施例提供的一种逆变换流站的拓扑结构示意图。

如图1所示，在本拓扑结构中，电流源型换流器单元的阴极X1和电压源型换流器单元的正极X3相连。

图2是本发明另一实施例提供的一种逆变换流站的拓扑结构示意图。

如图2所示，在本拓扑结构中，电流源型换流器单元的阳极X2和电压源型换流器单元的负极X4相连。

图3是本发明一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出装置组成示意图，图4是本发明另一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出装置组成示意图。

混合直流输电系统电压源型换流器在线退出装置包括至少一组电压源型换流器单元、旁通晶闸管单元、第四旁通开关226。

电压源型换流器单元应用在混合直流输电系统的逆变换流站，逆变换流站将来自于直流输电线路的直流电逆变成交流电送到受端交流电网。电压源型换流器单元包括电压源型换流器2221、二极管阀2222。电压源型换流器2221将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网。二极管阀2222的正极连接旁通晶闸管阀组225的正极，负极连接电压源型换流器2221的正极，用来导通或截止电流。

旁通晶闸管单元包括串联连接的旁通晶闸管阀组225和串联开关227，与电压源型换流器单元并联，用于在线退出电压源型换流器2221。第四旁通开关226与电压源型换流器单元和旁通晶闸管单元并联，协作在线退出电压源型换流器2221。装置两端分别和第四隔离刀闸228的一端相连，第四隔离刀闸228的另一端并联第四旁通刀闸229。

电压源型换流器2221桥臂的构成子模块包括半桥型、全桥型、类全桥型、篏位双子模块型的一种或一种以上，构成子模块的开关器件是全控型开关器件。全控型电力电子器件包括IGBT、IGCT、IEGT或GTO的一种，并不以此为限。串联开关227包括机械式开关或电力电子开关或刀闸，在正常工作时处于闭合状态。

逆变换流站还包括电流源型换流器，电流源型换流器包括第三晶闸管换流器221与第三旁通开关223及刀闸组件，第三晶闸管换流器221可以为六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路或者双十二脉动桥式电路。第三晶闸管换流器221与第三旁通开关223并联连接，并联后的单元两端分别和第三隔离刀闸230的一端相连，第三隔离刀闸230的另一端并联第三旁通刀闸224。为了匹配第三晶闸管换流器221的容量，电压源型换流器2221可为一个换流器或多个换流器并联。

图5是本发明一实施例提供的一种混合直流输电系统组成示意图，包括整流换流站1、逆变换流站2、直流输电线路15。

如图5所示，整流换流站1和逆变换流站2通过两条直流输电线路15相连。整流换流站1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15传送给逆变换流站2。送端交流电网进站的母线10上可能连接有无源滤波器17，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。

整流换流站1包括高端晶闸管换流器121、第一旁通开关123、低端晶闸管换流器122、第二旁通开关126。高端晶闸管换流器121、低端晶闸管换流器122连接在送端交流电网，进行整流变换后将整流电流通过直流输电线路15送到逆变换流站2；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。

第一旁通开关123与高端晶闸管换流器121并联，用于在线退出高端晶闸管换流器121。第二旁通开关126与低端晶闸管换流器122并联，用于在线退出低端晶闸管换流器122。

晶闸管换流器121、122、221均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121、122采用定直流电流控制策略控制，晶闸管换流器221采用定直流电压控制策略控制。高端晶闸管换流器121通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组第一变压器8与送端交流电网连接，且第一变压器一次侧装设有第一交流断路器11。低端晶闸管换流器122通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组第二变压器18与送端交流电网连接，且第二变压器一次侧装设有第二交流断路器19。第一变压器8、第二变压器18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2用于将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网，其由电压源型换流器2221和第三晶闸管换流器221串联组成，其串联节点连接接地极7。第三晶闸管换流器221通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组变压器25与受端交流电网连接，且变压器一次侧装设有第三交流断路器21。电压源型换流器2221通过一台接线方式为Y0/Δ的双组第四变压器26与受端交流电网连接，在第四变压器一次侧装设有第四交流断路器31，电压源型换流器2221采用定直流电压和定无功功率控制策略控制。

当整流换流站1的高端晶闸管换流器121、低端晶闸管换流器122均在运行，第一交流断路器11在合位，第一旁通开关123在分位，第一隔离刀闸125在合位，第一旁通刀闸124在分位，第二交流断路器19在合位，第二旁通开关126在分位，第二隔离刀闸127在合位，第二旁通刀闸128在分位。

逆变换流站2的第三晶闸管换流器221、电压源型换流器2221均在运行时，第三交流断路器21在合位，第三旁通开关223在分位，第三隔离刀闸230在合位，第三旁通刀闸224在分位，第四交流断路器31在合位，第四旁通开关226在分位，串联开关227在合位，旁通晶闸管阀组225处于闭锁状态，第四隔离刀闸228在合位，第四旁通刀闸229在分位。

图6是本发明一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法流程示意图，包括以下步骤。

步骤S110，控制投入旁通晶闸管阀组。

混合直流输电系统的逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元、第四旁通开关，电压源型换流器单元与第四旁通开关并联，电压源型换流器单元包括串联的电压源型换流器和二极管阀，二极管阀的负极连接电压源型换流器的正极，二极管阀的正极连接旁通晶闸管阀组的正极；旁通晶闸管阀组与串联开关串联后与电压源型换流器单元并联。

当电压源型换流器需要检修或因故障需要在线退出时，控制投入与待退出的电压源型换流器所在的电压源型换流器单元并联的旁通晶闸管阀组。如图5所示，待退出的电压源型换流器为2221，则控制投入并联的旁通晶闸管阀组225。

步骤S120，合上第四旁通开关。

投入旁通晶闸管阀组225后，合上第四旁通开关226。

步骤S130，闭锁电压源型换流器。

闭锁电压源型换流器2221，电压源型换流器2221就实现了在线退出。

步骤S140，闭锁旁通晶闸管阀组。

闭锁旁通晶闸管阀组225后，由电流源型换流器单元221与第二旁通开关226形成逆变换流站2的通路。

步骤S150，断开串联开关。

断开与旁通晶闸管阀组225串联的串联开关227，实现了旁通晶闸管阀组225的退出。

步骤S160，当整流换流站检测到逆变换流站退出一个电压源型换流器后，退出高端晶闸管换流器或低端晶闸管换流器的一个。

整流换流站1检测到逆变换流站2退出一个换流器包括两种方式。一种是整流换流站1通过站间通信接收逆变换流站2退出一个换流器的信号。另一种是整流换流站1检测到直流电压降低到0.4至0.6倍额定直流电压之间。此时，只需要退出高端晶闸管换流器121或低端晶闸管换流器122的任意一个。

图7是本发明另一实施例提供的一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法流程示意图，包括以下步骤。

步骤S210，控制投入旁通晶闸管阀组。

步骤S220，合上第四旁通开关。

步骤S230，闭锁电压源型换流器。

步骤S240，闭锁旁通晶闸管阀组。

步骤S250，断开串联开关。

整流换流站1检测到逆变换流站2退出一个换流器包括两种方式。一种是整流换流站1通过站间通信接收逆变换流站2退出一个换流器的信号。另一种是整流换流站1检测到直流电压降低到0.4至0.6倍额定直流电压之间。此时，只需要退出高端晶闸管换流器121或低端晶闸管换流器122的任意一个。以退出低端晶闸管换流器122为例进行说明。

步骤S261，增大整流换流站1待退出晶闸管换流器122的触发角至90±5度。

步骤S262，投入待退出晶闸管换流器122的旁通对。

步骤S263，闭合待退出晶闸管换流器122并联的第二旁通开关126。

步骤S264，闭锁待退出晶闸管换流器122。

在本实施例中，步骤S210、S220、S230、S240、S250与步骤S110、S120、S130、S140、S150相同，不再赘述。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

1.一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出方法，所述混合直流输电系统的逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元、第四旁通开关，所述电压源型换流器单元与所述第四旁通开关并联，所述电压源型换流器单元包括串联的电压源型换流器和二极管阀，所述二极管阀的负极连接所述电压源型换流器的正极，其特征在于，包括：

控制投入旁通晶闸管阀组，所述旁通晶闸管阀组与串联开关串联后与所述电压源型换流器单元并联，所述二极管阀的正极连接所述旁通晶闸管阀组的正极；

合上所述第四旁通开关；

闭锁所述电压源型换流器；

闭锁所述旁通晶闸管阀组；

断开所述串联开关；

当整流换流站检测到逆变换流站退出一个换流器后，退出高端晶闸管换流器或低端晶闸管换流器的一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整流换流站检测到逆变换流站退出一个换流器，包括：

所述整流换流站通过站间通信接收所述逆变换流站退出一个换流器的信号；或者

所述整流换流站检测到直流电压降低到0.4至0.6倍额定直流电压之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退出高端晶闸管换流器或低端晶闸管换流器的一个包括：

增大整流侧待退出晶闸管换流器的触发角至90±5度；

投入所述待退出晶闸管换流器的旁通对；

闭合所述待退出晶闸管换流器并联的旁通开关；

闭锁所述待退出晶闸管换流器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压源型换流器桥臂的构成子模块包括半桥型、全桥型、类全桥型、篏位双子模块型的一种或一种以上，构成所述子模块的开关器件是全控型开关器件。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述全控型电力电子器件包括IGBT、IGCT、IEGT或GTO的一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述串联开关包括机械式开关或电力电子开关或刀闸，在正常工作时处于闭合状态。

7.一种混合直流输电系统电压源型换流器在线退出装置，所述混合直流输电系统的逆变换流站包括至少一组电压源型换流器单元、第四旁通开关，所述电压源型换流器单元与所述第四旁通开关并联，所述电压源型换流器单元包括串联的待退出的电压源型换流器和二极管阀，所述二极管阀的负极连接所述电压源型换流器的正极，其特征在于，包括：

旁通晶闸管单元，与所述电压源型换流器单元并联，包括串联连接的旁通晶闸管阀组和串联开关，用于在线退出所述电压源型换流器；所述二极管阀的正极连接所述旁通晶闸管阀组的正极。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述整流换流站包括高端晶闸管换流器、第一旁通开关、低端晶闸管换流器、第二旁通开关，其中：

所述高端晶闸管换流器、低端晶闸管换流器连接在所述送端交流电网，进行整流变换后将整流电流通过所述直流输电线路送到所述逆变换流站；

所述第一旁通开关与所述高端晶闸管换流器并联，在线退出所述高端晶闸管换流器；

所述第二旁通开关与所述低端晶闸管换流器并联，在线退出所述低端晶闸管换流器。