CN110277772A - 一种具有故障处理功能的混合直流输电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有故障处理功能的混合直流输电系统，包括混合直流输电系统和故障处理装置，所述故障处理装置包括阻断单元与测量单元；或者包括阻断单元与旁通开关；或者包括阻断单元与旁通开关及刀闸组件；或者包括阻断单元，测量单元和旁通开关；或者包括阻断单元，测量单元和旁通开关及刀闸组件。本发明具有成本损耗较低，通过跨接的旁通开关及测量单元能够实现混合直流输电系统的灵活控制，能够在换流器不闭锁的情况下有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,并能在故障后实现直流功率的快速恢复，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，特别涉及一种具有故障处理功能的混合直流输电系统。
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)和基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)。其中，常规直流输电系统(LCC-HVDC)成本低、损耗小、运行技术成熟，目前，世界上正在运行的直流输电系统几乎都是LCC-HVDC系统，但常规直流输电系统(LCC-HVDC)存在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、换流站占地面积大等缺点。而新一代的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)则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。
因此结合常规直流输电和柔性直流输电的混合直流输电系统将具有很好的工程应用前景。目前混合直流输电系统的拓扑结构主要有如图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统。这两种系统结合了常规直流输电损耗小、运行技术成熟以及柔性直流输电可以向无源网络供电、不会发生换相失败的优点。
但图1和图2中的混合直流输电系统，当直流输电线路由于绝缘降低发生闪络或树枝碰撞引起接地故障时，直流系统将短时形成短路，有功功率不能输出到交流侧，并产生巨大的直流故障电流，然而，现有的基于半桥子模块的模块化多电平换流器直流输电系统存在一个较大的缺陷：无法有效的处理直流侧的故障，系统可靠性低。当直流侧发生故障时，即使所有全控型开关器件均闭锁，交流系统仍会通过全控型开关器件反并联的续流二极管向故障点馈入电流，对于交流系统的影响相当于三相短路。这会造成瞬时的过电流，因此必须跳开交流断路器将其切断，但交流断路器的机械响应时间最快也需要2～3个周波，而短路过电流在这2～3个周波的时间内已经增大到较大的数值；因此在选择设备时不得不增大设备的额定参数，并且配置高速的旁路开关等辅助性措施；这大大地增加了换流站的建造成本；因此，模块化多电平换流器直流输电系统常常需要使用故障率低、造价高的电缆线路作为其直流输电线路，而无法使用闪络等暂时性故障率高、造价低的架空线路输电，这导致了其无法应用于长距离直流输电场合。若要应用于长距离架空线输电场合则需要采取相关措施。
现有技术中，对于直流线路故障，ABB公司采用增加直流断路器来解决直流架空线故障；西门子公司采用基于全桥子模块的模块化多电平换流器结构来解决；阿尔斯通公司采用全桥电路并且桥臂串联电力电子开关器件的方式来解决。上述解决方案都大大地增加了换流站的建造成本，同时增加了直流系统的损耗。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种具有故障处理功能的混合直流输电系统，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，成本损耗较低，能够实现混合直流输电系统的灵活控制，能够在换流器不闭锁的情况下有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,可靠的穿越故障,在故障消失后实现快速的直流功率恢复，更好的维持交直流输电系统的稳定。
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：
一种具有故障处理功能的混合直流输电系统，包括混合直流输电系统，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；
其特征在于，还包括故障处理装置，所述故障处理装置安装在电压源型换流器单元的正极出口；或者安装在电压源型换流器单元的负极出口；或者同时安装在电压源型换流器单元的正极出口和负极出口；
所述故障处理装置包括阻断单元与测量单元，其中测量单元并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间；或者包括阻断单元与旁通开关，二者并联连接；或者包括阻断单元与旁通开关及刀闸组件，阻断单元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；或者包括阻断单元，测量单元和旁通开关，其中阻断单元与旁通开关并联连接，测量单元并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间；或者包括阻断单元，测量单元和旁通开关及刀闸组件，其中阻断单元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，测量单元并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间。
上述方案中：所述测量单元由直流电压测量装置构成。
上述方案中：所述直流电压测量装置是以下一种或多种：基于分压器的直流电子式电压互感器、基于分压器的直流模拟式电压互感器或基于光学电压传感器的直流电子式电压互感器。
上述方案中：所述的阻断单元由若干个功率半导体器件串联构成，所述功率半导体器件是单个半导体开关器件，或者是多个半导体开关器件串联和/或并联，所述半导体开关器件是以下任一种或多种：二极管、晶闸管、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。
上述方案中：所述的阻断单元由若干个功率半导体器件组成的换流器单元构成，所述功率半导体器件是单个半导体开关器件，或者是多个半导体开关器件串联和/或并联，所述半导体开关器件是以下任一种或多种：二极管、晶闸管、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。
上述方案中：所述的换流器单元为三相桥式电路或多个三相桥式电路串联和/或并联。
上述方案中：所述旁通开关是以下任一种或多种：机械式开关、电力电子开关或刀闸。
上述方案中：安装在电压源型换流器单元的正极出口和/或负极出口的故障处理装置组成结构相同或者不相同。
上述方案中：所述的阻断单元两端并联连接有避雷器。
本发明的有益效果是：
1)本发明具有成本损耗较低，通过跨接的旁通开关及测量单元能够实现混合直流输电系统的灵活控制，能够有效处理混合直流输电系统中直流输电线路短路故障，防止直流设备过电流，可靠平稳的穿越直流线路故障，更好的保护设备安全。
2)本发明结构简单，操作方便，可以在直流线路发生故障时，维持两侧换流器不闭锁，仍然给所连交流系统提供无功支撑，有效防止逆变换流站在直流线路故障期间同时失去有功功率和无功功率，维持所连交流系统电压的稳定。
3)本发明能够在换流器不闭锁的情况下有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,并能在故障后实现直流功率的快速恢复，更好的保护交直流输电系统的安全。
附图说明
图1是对称单极接线的混合两端直流输电系统示意图；
图2是对称双极接线的混合两端直流输电系统示意图；
图3是本发明一种由阻断单元和测量单元组成的混合直流故障处理装置第一种故障处理装置结构示意图；
图4是本发明一种由阻断单元和旁通开关组成的混合直流故障处理装置第二种故障处理装置结构示意图；
图5是本发明一种由阻断单元和旁通开关及刀闸组件组成的混合直流故障处理装置第三种故障处理装置结构示意图；
图6是本发明一种由测量单元，阻断单元和旁通开关组成的混合直流故障处理装置第四种故障处理装置结构示意图；
图7是本发明一种由测量单元，阻断单元和旁通开关及刀闸组件组成的混合直流故障处理装置第五种故障处理装置结构示意图；
图8是由二极管和避雷器组成的阻断单元结构示意图；
图9是由晶闸管和避雷器组成的阻断单元结构示意图；
图10是由晶闸管构成三相桥式电路后组成的阻断单元结构示意图；
图11是本发明的故障处理装置安装在对称单极接线的混合两端直流输电系统示意图；
图12是本发明的故障处理装置安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器高压母线示意图；
图13是本发明的故障处理装置安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器中性母线示意图；
图14是本发明的故障处理装置同时安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器高压母线和中性母线示意图；
图15是本发明的具体的第一种故障处理装置同时安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器高压母线示意图；
图16是本发明的具体的第二种故障处理装置同时安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器中性母线示意图；
图17是本发明的具体的第四种故障处理装置同时安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器高压母线示意图；
图18是本发明的具体的第一种和第二种故障处理装置分别安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器高压母线和中性母线示意图；
图19是本发明的具体的第四种和第二种故障处理装置分别安装在对称双极接线的混合两端直流输电系统逆变侧电压源型换流器高压母线和中性母线示意图；
图20是对称单极接线的混合三端直流输电系统示意图，其中含有两个基于晶闸管换流器的整流换流站，1个基于电压源型换流器的逆变换流站；
图21是对称单极接线的混合三端直流输电系统示意图，其中含有1个基于晶闸管换流器的整流换流站,1个基于晶闸管换流器的逆变换流站,1个基于电压源型换流器的逆变换流站；
图22是对称双极接线的混合三端直流输电系统示意图，其中含有两个基于晶闸管换流器的整流换流站，1个基于电压源型换流器的逆变换流站；
图23是对称双极接线的混合三端直流输电系统示意图，其中含有1个基于晶闸管换流器的整流换流站,1个基于晶闸管换流器的逆变换流站,1个基于电压源型换流器的逆变换流站。
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。
一种具有故障处理功能的混合直流输电系统，包括混合直流输电系统和故障处理装置，其中，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，逆变换流站通过变压器连接受端交流电网，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。
一般的，整流换流站采用基于晶闸管器件的换流器，晶闸管换流器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；而逆变换流站采用基于全控型电力电子器件的电压源型换流器，所述电压源型换流器单元是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、模块化多电平换流器MMC、混合多电平换流器HMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL，构成模块化多电平换流器桥臂的子模块是以下一种或多种：半桥型、全桥型、类全桥型、箝位双子模块型，其均由可关断的全控型功率半导体组成，比如IGBT、IGCT、IEGT或GTO。
图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统是比较常见的混合直流输电系统，本发明适用于如图1和图2所示的混合直流输电系统，但不限于这两种输电系统，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2作为具体实施例进行说明。
如图2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，送端交流电网进站的母线上可连接有无源滤波器，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2中整流换流站由两组晶闸管换流器单元串联组成，其串联节点连接接地极，串联后的正负两端均通过平波电抗器与直流输电线路相连接；同时在直流线路与大地之间装设有直流滤波器。
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。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串联组成，其串联节点连接接地极，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，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。
还包括故障处理装置，所述故障处理装置包括阻断单元1与测量单元2，其中测量单元2并联接在阻断单元1的电流流出的一端与大地之间，如图3所示，记为第一种故障处理装置，其包含第一串联端子X1用于连接混合直流输电系统电压源型换流器的直流正极端或负极端和所述装置的一端，第二串联端子X2用于连接所述装置的另一端和混合直流输电系统平波电抗器的一端或中性母线的一端；或者包括阻断单元1与旁通开关3，二者并联连接，如图4所示，记为第二种故障处理装置，其包含第一串联端子X1用于连接混合直流输电系统电压源型换流器的直流正极端或负极端和所述装置的一端，第二串联端子X2用于连接所述装置的另一端和混合直流输电系统平波电抗器的一端或中性母线的一端；或者包括阻断单元1与旁通开关3及刀闸组件，阻断单元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4的一端相连，连接刀闸4的另一端并联旁通刀闸5，如图5所示，记为第三种故障处理装置，其包含第一串联端子X1用于连接混合直流输电系统电压源型换流器的直流正极端或负极端和所述装置的一端，第二串联端子X2用于连接所述装置的另一端和混合直流输电系统平波电抗器的一端或中性母线的一端；或者包括阻断单元1，测量单元2和旁通开关3，其中阻断单元1与旁通开关3并联连接，测量单元2并联接在阻断单元1的电流流出的一端与大地之间，如图6所示，记为第四种故障处理装置，其包含第一串联端子X1用于连接混合直流输电系统电压源型换流器的直流正极端或负极端和所述装置的一端，第二串联端子X2用于连接所述装置的另一端和混合直流输电系统平波电抗器的一端或中性母线的一端；或者包括阻断单元1，测量单元2和旁通开关3及刀闸组件，其中阻断单元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4的一端相连，连接刀闸4的另一端并联旁通刀闸5，测量单元2并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间，如图7所示，记为第五种故障处理装置，其包含第一串联端子X1用于连接混合直流输电系统电压源型换流器的直流正极端或负极端和所述装置的一端，第二串联端子X2用于连接所述装置的另一端和混合直流输电系统平波电抗器的一端或中性母线的一端。
上述方案中：所述测量单元由直流电压测量装置构成。
上述方案中：所述直流电压测量装置是以下一种或多种：基于分压器的直流电子式电压互感器、基于分压器的直流模拟式电压互感器或基于光学电压传感器的直流电子式电压互感器。
上述方案中：所述的阻断单元由若干个功率半导体器件串联构成，所述功率半导体器件是单个半导体开关器件，或者是多个半导体开关器件串联和/或并联，所述半导体开关器件是以下任一种或多种：二极管、晶闸管、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。
上述方案中：所述的阻断单元两端并联连接有避雷器，如图8所示,其包含第一串联端子X3用于连接故障处理装置的X2端和所述阻断单元的一端，第二串联端子X6用于连接所述阻断单元的另一端和故障处理装置的X1端。所述阻断单元由包含但不限于二极管开关器件6和二极管开关器件7的多个半导体开关器件形成。二极管开关器件6的阴极与下一个半导体开关器件的阳极相连于X4，二极管开关器件7的阴极连接阻断单元的X6端，避雷器8的两端并联连接阻断单元的X3，X6端。或如图9所示,其包含第一串联端子X3用于连接故障处理装置的X2端和所述阻断单元的一端，第二串联端子X6用于连接所述阻断单元的另一端和故障处理装置的X1端。所述阻断单元由包含但不限于晶闸管开关器件9和晶闸管开关器件10的多个半导体开关器件形成。晶闸管开关器件9的阴极与下一个半导体开关器件的阳极相连于X4，晶闸管开关器件10的阴极连接阻断单元的X6端，避雷器8的两端并联连接阻断单元的X3，X6端。
上述方案中：所述的阻断单元由若干个功率半导体器件组成的换流器单元构成，所述功率半导体器件是单个半导体开关器件，或者是多个半导体开关器件串联和/或并联，所述半导体开关器件是以下任一种或多种：二极管、晶闸管、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。
上述方案中：所述的换流器单元为三相桥式电路或多个三相桥式电路串联和/或并联，如图10所示，其包含第一串联端子P用于连接故障处理装置的X2端和所述阻断单元的一端，第二串联端子N用于连接所述阻断单元的另一端和故障处理装置的X1端,三个交流端子A,B,C分别用以连接交流系统的ABC三相电源，三相桥式电路中每个桥臂的功率半导体器件均由多个半导体开关器件串联构成。
上述方案中：所述旁通开关是以下任一种或多种：机械式开关、电力电子开关或刀闸。
上述方案中：所述故障处理装置安装在电压源型换流器单元的正极出口，或者安装在电压源型换流器单元的负极出口，如图12，图13所示，或者同时安装在电压源型换流器单元的正极出口和负极出口，如图11，图14所示。
上述方案中：安装在电压源型换流器单元的正极出口和/或负极出口的故障处理装置组成结构相同或者不相同，如图15，图16，图17，图18，图19所示。其中图15所示为在逆变站电压源型换流器的高压母线端安装第一种故障处理装置，图16所示为在逆变站电压源型换流器的低压母线端安装第二种故障处理装置，图17所示为在逆变站电压源型换流器的高压母线端安装第四种故障处理装置，图18所示为在逆变站电压源型换流器的高压母线端安装第一种故障处理装置，低压母线端安装第二种故障处理装置，图19所示为在逆变站电压源型换流器的高压母线端安装第四种故障处理装置，低压母线端安装第二种故障处理装置。
下面仅以图19所示的混合直流输电系统的一个具体实施例进行工作过程的描述。
如图19所示的一个直流电压为500kV的混合两端直流输电系统，晶闸管换流器处于整流站，电压源型换流器处于逆变站，其中电压源型换流器采用基于半桥子模块的模块化多电平换流器，在模块化多电平换流器的高压出口端安装有一个故障处理装置，包括阻断单元，测量单元和旁通开关，其中阻断单元与旁通开关并联连接，测量单元并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间，阻断单元由多个二极管串并联组成，同时两端并联有避雷器，其中阻断单元二极管的阴极端与模块化多电平换流器的高压出口端相串联，阳极端与平波电抗器的一端相串联，测量单元采用基于分压器的直流电子式电压互感器，其一端接在阻断单元二极管的阴极端与模块化多电平换流器的高压出口端之间，另一端接入大地。旁通开关采用直流输电系统常用的机械式开关。在模块化多电平换流器的低压出口端同样安装有一个故障处理装置，包括阻断单元与旁通开关，二者并联连接，阻断单元由多个二极管串并联组成，同时两端并联有避雷器，其中阻断单元二极管的阳极端与模块化多电平换流器的低压出口端相串联，阴极端与中性母线的一端相串联，旁通开关采用直流输电系统常用的机械式开关。
混合直流输电系统在启动运行过程中，模块化多电平换流器需要一个接地点，本来混合直流输电系统是连接有接地极，可以提供接地点，但由于故障处理装置的串入，其阻断了模块化多电平换流器与接地极之间的联系，为此可以在启动时，将低压出口端的故障处理装置中的旁通开关NBK2合上，将阻断单元旁路，为模块化多电平换流器与接地极之间提供可靠连接，从而实现模块化多电平换流器的预充电过程，同时旁通开关NBK2可以在直流电流建立，阻断单元导通之后拉开，不影响故障处理装置的阻断功能。预充电完成后，模块化多电平换流器正常解锁控制系统的直流电压，由于模块化多电平换流器的高压出口端串联有故障处理装置，其实现了模块化多电平换流器的高压出口端与直流线路间的隔离，因此正常配置的直流线路电压测量装置UDL所测量到的直流电压并不能正确反映此时模块化多电平换流器两端的直流电压，这将给整个混合直流输电系统的灵活控制带来问题，可以通过三种途径解决这个问题：a.避免采用逆变侧模块化多电平换流器控制直流电压，转而采用整流站晶闸管换流器控制直流电压，逆变侧模块化多电平换流器控制功率，此种方案虽然可以解决上述问题，但固化了两端换流站的控制模式，整个系统运行不够灵活，同时会给两站换流器的控制器的配合带来问题，极易引起直流过电压。b.利用故障处理装置所自带的测量单元测量的直流电压UDP来实现系统的直流电压控制，由于测量单元测得的直流电压UDP真实反映了模块化多电平换流器两端的直流电压，因此可以解决上述问题，实现直流电压的灵活控制。c.利用故障处理装置所自带的旁通开关NBK1，将旁通开关NBK1合上，将阻断单元旁路，为模块化多电平换流器与直流线路之间提供可靠连接，从而实现模块化多电平换流器两端的直流电压的可靠测量，实现直流电压的控制，同时旁通开关NBK1可以在直流电流建立，阻断单元导通之后拉开，不影响故障处理装置的阻断功能。此外，旁通开关NBK1及旁通开关NBK2在故障处理装置的阻断单元发生故障时，可以将其旁路，从而不影响整个混合直流输电系统的正常稳定运行。
当逆变站采集并检测到直流电压UDL的变化率小于-580kv/ms，且持续时间超过1ms，则逆变站确定此时直流输电线路发生故障，并将故障信号通过两站间的通信送给整流站，整流站收到此故障信号后，立即快速增大触发角使送端晶闸管换流器转为逆变运行，抽取直流侧故障能量，直流侧电流很快下降为零；同时，逆变站通过故障处理装置中阻断单元的单向导电特性来阻断交流系统通过全控型开关器件反并联的续流二极管向故障点馈入电流的通路。截断故障电流，此时逆变站模块化多电平换流器不需闭锁，可以以STATCOM的模式继续运行，向所连交流系统提供无功电压支撑。
当等待250ms的熄弧时间到达时，整流站的晶闸管换流器立即撤销对触发角的干预，并开始减小触发角，尝试建立直流电压，在此过程中，若直流电压顺利建立，则直流输电线路故障消失，整流站的晶闸管换流器将恢复输送的功率至故障前的功率水平，逆变站的模块化多电平换流器，将产生的直流电压及输出的交流电流恢复至故障前的水平，混合直流输电系统恢复正常。
如果在此过程中，整流站一直没有检测到混合直流输电系统的直流电压大于0.5倍的额定直流电压250kV，则确定此时直流输电线路故障仍然存在，送端晶闸管换流器将立即转为逆变运行状态，抽取直流侧故障能量；同时，逆变站仍然维持STATCOM的模式不变。再次等待250ms以熄弧，当等待的熄弧时间到达时，整流站的晶闸管换流器立即撤销对触发角的干预，并开始减小触发角，尝试建立直流电压，在此过程中，若直流电压顺利建立，则直流输电线路故障消失，整流站的晶闸管换流器将恢复输送的功率至故障前的功率水平，逆变站的模块化多电平换流器，将产生的直流电压及输出的交流电流恢复至故障前的水平，混合直流输电系统恢复正常。
需要指出的是如图20，图21所示的对称单极接线的混合三端直流输电系统及图22，图23所示的对称双极接线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。
1)本发明具有成本损耗较低，通过跨接的旁通开关及测量单元能够实现混合直流输电系统的灵活控制，能够有效处理混合直流输电系统中直流输电线路短路故障，防止直流设备过电流，可靠平稳的穿越直流线路故障，更好的保护设备安全。
2)本发明结构简单，操作方便，可以在直流线路发生故障时，维持两侧换流器不闭锁，仍然给所连交流系统提供无功支撑，有效防止逆变换流站在直流线路故障期间同时失去有功功率和无功功率，维持所连交流系统电压的稳定。
3)本发明能够在换流器不闭锁的情况下有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,并能在故障后实现直流功率的快速恢复，更好的保护交直流输电系统的安全。
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 (11)
1.一种具有故障处理功能的混合直流输电系统，包括混合直流输电系统，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；
其特征在于，还包括故障处理装置，所述故障处理装置安装在电压源型换流器单元的正极出口；或者安装在电压源型换流器单元的负极出口；或者同时安装在电压源型换流器单元的正极出口和负极出口；
所述故障处理装置包括阻断单元与测量单元，其中测量单元并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间；或者包括阻断单元与旁通开关，二者并联连接；或者包括阻断单元与旁通开关及刀闸组件，阻断单元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；或者包括阻断单元，测量单元和旁通开关，其中阻断单元与旁通开关并联连接，测量单元并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间；或者包括阻断单元，测量单元和旁通开关及刀闸组件，其中阻断单元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，测量单元并联接在阻断单元的电流流出的一端与大地之间。
2.根据权利要求1所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述测量单元由直流电压测量装置构成。
3.根据权利要求2所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述直流电压测量装置是以下一种或多种：基于分压器的直流电子式电压互感器、基于分压器的直流模拟式电压互感器或基于光学电压传感器的直流电子式电压互感器。
4.根据权利要求1所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述的阻断单元由若干个功率半导体器件串联构成，所述功率半导体器件是单个半导体开关器件，或者是多个半导体开关器件串联和/或并联。
5.根据权利要求4所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述半导体开关器件是以下任一种或多种：二极管、晶闸管、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。
6.根据权利要求1所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述的阻断单元由若干个功率半导体器件组成的换流器单元构成，所述功率半导体器件是单个半导体开关器件，或者是多个半导体开关器件串联和/或并联。
7.根据权利要求6所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述半导体开关器件是以下任一种或多种：二极管、晶闸管、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。
8.根据权利要求6所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述的换流器单元为三相桥式电路或多个三相桥式电路串联和/或并联。
9.根据权利要求1所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述旁通开关是以下任一种或多种：机械式开关、电力电子开关或刀闸。
10.根据权利要求1所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，安装在电压源型换流器单元的正极出口和/或负极出口的故障处理装置组成结构相同或者不相同。
11.根据权利要求1至10任一项所述的一种具有故障处理功能的混合直流输电系统故障处理装置，其特征在于，所述的阻断单元两端并联连接有避雷器。
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