CN110556815A - 一种直流配电系统快速启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流配电系统快速启动方法，所述方法包括：启动控制系统，启动定直流电压换流站，启动定有功功率换流站，判断是否存在储能装置，若存在所述储能装置，则接入所述储能装置，再接入分布式电源，否则直接接入所述分布式电源，再接入负荷，完成开启；本发明明确了直流系统的启动步骤、换流站和直流变压器的开启要求，解决直流配电系统启动较慢的问题。
Description
技术领域
本发明属于直流配电领域，特别涉及一种直流配电系统快速启动方法。
背景技术
直流供电系统是在配电网中采用直流制为主导的电能输送技术，直流配电系统具有转换次数少、效率高、控制简单等特点得到越来越多的推广，直流供电系统能够充分利用绿色能源进行供电，有效节约电力资源。由于频率是反映交流系统电源和负荷之间能量是否平衡的指标，同样，直流电压是反映直流系统功率是否平衡的指标。因此，直流配电系统启动的核心是建立稳定的直流电压，其次是换流器功率控制。但是直流配电系统在启动时需要多个站点相互配合转换，直到直流电压稳定才算配电系统开启完成，由于直流配电系统中各相关站点启动要求不明确，导致整个直流配电系统启动较慢，难以满足生产需要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种直流配电系统快速启动方法。
一种直流配电系统快速启动方法，所述方法包括：
启动直流配电系统的控制系统；
启动定直流电压换流站；
启动定有功功率换流站；
所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站启动后，判断是否存在储能装置；
若存在所述储能装置，则将所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站接入所述储能装置，再通过所述储能装置接入分布式电源；
若不存在所述储能装置，则将所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站直接接入所述分布式电源；
将所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站远离所述分布式电源的一端接入负荷，完成直流配电系统的开启；
所述直流配电系统的启动还包括直流变压器的启动，所述直流变压器的启动包括：
在所述直流变压器高压侧串联充电电阻，闭锁所述直流变压器，对高压侧的集中电容进行充电；
旁路所述充电电阻，解锁所述直流变压器，对所述直流变压器的低压侧集中电容充电；
充电完成后，切换所述直流变压器控制模式，闭合直流变压器的负荷开关后接入所述分布式电源。
进一步地，所述控制系统与直流配电系统中各站点的启动开关和运行记录设备相连接，用于实时监控整个直流配电系统的运行。
进一步地，所述定直流电压换流站通过控制直流配电系统的电压来控制直流配电系统的输出功率。
进一步地，所述定有功功率通过控制直流配电系统的有功功率来控制直流配电系统的输出功率。
进一步地，所述直流电压换流站与所述定有功功率换流站的运行判断包括：若流经的直流电压在所述直流电压换流站的电压裕度内，主要由所述直流电压换流站进行控制，若直流电压超出所述直流电压换流站的电压裕度时，则由所述定有功功率换流站进行主要控制。
进一步地，所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站均包括换流器的启动；
所述换流器的启动包括：
在所述换流器的充电回路中串接启动电阻；
闭锁所述换流器，通过交流侧系统电压对所述换流器进行不控整流充电；
当所述换流器中子模块电压为额定电压的0.7倍时完成预充电；
旁路所述启动电阻，解锁所述换流器，通过控电压换流器进一步对所述换流器充电，至所述换流器的电压为额定值。
进一步地，所述分布式电源包括热电冷联产发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、太阳能光伏发电中的一种或多种。
进一步地，所述直流变压器的直流电压稳定后，将所述直流变压器与外部各个组网元件逐次连接，所述各个组网元件包括储能系统、直流微网、交流负荷及交流微网。
本发明的启动方法通过对直流配电系统启动步骤明确规定，同时对换流器和直流变压器的启动均设置了明确的启动方法和启动要求，加快直流配电系统的启动，有效节约了直流配电系统的启动时间。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了本发明实施例直流配电系统启动流程图；
图2示出了本发明实施例的换流器启动流程图；
图3示出了本发明实施例的直流变压器启动流程图。
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，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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做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。
一种直流配电系统快速启动方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：启动直流配电系统的控制系统。
直流配电系统主要由换流站、直流断路器、直流变压器、直流线路、控制系统等其他装置构成。开启直流配电系统前需要打开整个直流配电系统的控制系统，控制系统与直流配电系统中各站点的启动开关和运行记录设备相连接，用于直流系统监控人员实时了解、控制整个直流配电系统的运行。
换流站用于完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。由于交流配电网基础设施完善、交流电源和交流使用负荷长期存在，直流配电网难以取代交流配电网，为了使成本最小化会采用交流配电与直流配电混合使用的方式进行供电，而换流站是交流电与直流电进行转换的重要站点，也是直流配电系统的核心。直流配电系统启动时间主要通过换流站的启动时间来体现，在直流配电系统中的换流站包括：定直流电压控制的换流站、定有功功率控制的换流站。
步骤二：启动定直流电压换流站。
定直流电压换流站是采用恒定直流电压控制的方法来保证直流配电系统中电流的输送功率，将与直流配电系统相连接的交流电或者直流电以恒定电压的直流电传输出去，通过采用定直流电压控制方法会使各换流站间的有功功率传输自动平衡。
步骤三：定直流电压换流站完成启动后，启动定有功功率换流站；
在直流配电系统内不仅需要控制配电系统的电压还需要控制配电系统的功率，由于直流电压换流站需要在一定的电压范围内才能顺利运行，在直流电压裕度内，主要由定直流电压换流站进行系统电压控制，当直流电压超出定直流电压换流站的电压裕度时，则变化为定有功功率换流站控制。
定有功功率换流站的设置确保定直流电压换流站出现故障后能继续维持直流配电系统中有功功率的平衡和直流电压的稳定。先启动定直流电压换流站，输出电压稳定后，能够减少定有功功率换流站的适应时间，若同时开启或者有功功率换流站提前开启，由于定直流电压换流站在开启过程中输出电压不稳定，则定有功功率换流站会随着电压的改变不断调整自身的运行状态，导致定有功功率换流站的开启时间长。
无论是定直流电压换流站还是定有功功率换流站，换流站的核心是换流器，在换流站启动过程中需要换流器输出直流电电压，换流器输出的电压由0到额定电压花费时间越少，则换流站的启动时间越短。因此定直流电压换流站和定有功功率换流站的启动重点是启动换流器，换流器的启动策略如图2所示：
1、在换流器的充电回路中串接启动电阻；
串接启动电阻后增大了充电回路的电阻，便于对充电回路中的电压或电流进行控制。
2、通过交流侧系统电压对换流器进行不控整流充电；
换流器工作时，换流器功率模块的电容电压是否均衡以及是否达到了额定电压，将直接影响换流器的正常启动，严重时会造成功率器件的损害，因此需要对换流器进行预充电处理，以确保换流器中所有功率模块的电容电压均衡；
换流器的预充电方式可通过交流侧进行充电也可通过直流侧进行充电，但直流侧充电存在：先充电的电容电压不易达到额定值、最开始充电的电容电压会慢慢减小、过电流难以限制导致功率器件损坏等缺点，使得换流器启动的快速性和可靠性降低，因此在本实施例中采用交流侧系统电压对换流器进行充电。此时启动电阻能够有效抑制充电电流，避免电流过大造成换流器的功率器件发生损坏；
采用交流侧系统电压对换流器进行充电的过程分为两个阶段：第一阶段闭锁换流器，为不可控阶段，第二阶段为解锁换流器，为可控充电。
3、当换流器功率模块的电容电压为额定电压的0.7倍时完成预充电；
当换流器闭锁时，即换流器中所有功率子模块的开关器件全部处于关断状态，仅通过与功率模块开关器件反并联的二极管对功率模块电容进行充电。交流器中功率模块的电压值会小于功率模块正常工作电压值，此时换流器子模块的电压值通常为额定电压的0.7倍。
4、完成预充电后，旁路启动电阻同时解锁换流器，通过与换流器相连接的控电压换流器进一步对换流器进行充电，控制充电的直流电压至换流器的电压达到额定值，即完成换流器的启动；
由于预充电后，换流器电压值偏小，此时需要短接启动电阻，解锁换流器，即换流器中所有功率模块的开关器件全部处于打开状态，便于换流器的功率模块进行充电，通过调整直流配电系统中直流线路电压的给定值完成对功率模块的满负荷充电；
换流器启动完成后能够以额定电压进行工作，实现换流器以最佳功率进行换流，快速稳定的实现了换流器功率控制，即快速完成了直流电压换流站的启动。
示例性的，模块化多电平换流器(MMC)是换流器的一种，模块化多电平换流器(MMC)通过多个子模块电压叠加输出阶梯波，用于支持高电压等级输电。模块化多电平换流器(MMC)由6个桥臂构成，桥臂之间由桥臂电抗器连接，每个桥臂由多个功率模块级联构成，级联个数可依据实际工程电压和容量需求而确定，桥臂电抗器可依据工程中实际电流而确定。模块化多电平换流器(MMC)经过不可控整流充电后，交流系统线电压幅值均分布在MMC换流器的桥臂功率模块电容中，此时MMC换流器中桥臂功率模块的电压值为工作电压值的0.7倍。预充电后，短接启动电阻，解锁MMC换流器后，通过改变MMC换流器的输出电压即与MMC换流器连接的直流线路电压，从而改变加在桥臂电感上的电压，产生充电电流，对桥臂上的功率模块电容进行充电，使功率模块电压达到额定工作电压，实现MMC换流器的功率最大，从而快速完成MMC换流器的功率控制。
步骤四：换流站启动后，若直流配电系统中存在储能装置，则将各换流站接入储能装置后再通过储能装置与分布式电源连接，若没有储能装置则直接将各换流站与分布式电源连接；
换流站启动后将具有供电作用的储能电源或者分布式电源接入到配电系统中完成直流配电系统的供电端接入；
分布式电源包括热电冷联产发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、太阳能光伏发电等不直接与集中输电系统相连的35kV及以下电压等级的电源，根据分布式电源的生产情况，会配置储能装置，如：小型水力发电、风力发电、太阳能光伏发电，由于该类发电受到季节温度影响较大，通常会设置储能装置，将生产的电力储存后再使用，此时直流配电系统需要先接入储存电源。对于内燃机组发电、燃气轮机发电可控发电设备，可用于应对突发状况，突发断电后，采用内燃机组或燃气轮机进行供电，可直接接入直流配电系统中，当主电力重新接上，则关闭内燃机组或燃气轮机的运行。
步骤五：将直流配电系统接入负荷，完成直流配电系统的启动；
负荷作为直流配电系统的电力使用端，需在供电装置连接后再接入直流配电系统中，有效保证了直流电流传输的稳定性，确保不会影响负荷的正常使用。
直流配电系统中的直流电通过直流线路进行传输，直流线路上会设置多个直流变压器用于改变直流电压，因此直流配电系统中稳定的直流电压主要通过直流变压器进行控制。示例性的，电源端传输较低电压的直流电后需要经过直流变压器进行升压，以减少直流电在传输过程中的损失，当高压直流电传输至负荷端时，需要直流变压器对高压直流电进行降压确保直流电能够被转化或者直接使用。因此直流变压器的开启也是直流配电系统开启的重要影响因素。直流变压器启动的策略如图3所示：
1、在直流变压器高压侧串联充电电阻，闭锁直流变压器，对高压侧集中电容进行充电；
2、高压侧充电完成后，旁路充电电阻，解锁直流变压器，对直流变压器的低压侧集中电容进行充电；
3、充电完成后，切换直流变压器控制模式，闭合直流变压器的负荷开关后将直流变压器接入直流微网或储能系统。
在整个直流配电系统的启动过程中，当输出的直流电压稳定后，再将其他组网元件相接入直流配电系统，其他组网元件如：储能系统、直流微网、交流负荷及交流微网等接入顺序不分先后，但尽量避免同时接入，实现直流配电系统与其他电力系统的连接。
通过对定直流配电系统中涉及的开启步骤进行明确规定，对关键器件换流器和直流变压器的启动进行详细规定，有效加快了直流配电其他的启动进程，节约了整个直流配电系统的开启时间。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述方法包括：
启动直流配电系统的控制系统；
启动定直流电压换流站；
启动定有功功率换流站；
所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站启动后，判断是否存在储能装置；
若存在所述储能装置，则将所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站接入所述储能装置，再通过所述储能装置接入分布式电源；
若不存在所述储能装置，则将所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站直接接入所述分布式电源；
将所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站远离所述分布式电源的一端接入负荷，完成直流配电系统的开启；
所述直流配电系统的启动还包括直流变压器的启动，所述直流变压器的启动包括：
在所述直流变压器高压侧串联充电电阻，闭锁所述直流变压器，对高压侧的集中电容进行充电；
旁路所述充电电阻，解锁所述直流变压器，对所述直流变压器的低压侧集中电容充电；
充电完成后，切换所述直流变压器控制模式，闭合所述直流变压器的负荷开关后接入所述分布式电源。
2.根据权利要求1所述的直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述控制系统与直流配电系统中各站点的启动开关和运行记录设备相连接，用于实时监控整个直流配电系统的运行。
3.根据权利要求1所述的直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述定直流电压换流站通过控制直流配电系统的电压来控制直流配电系统的输出功率。
4.根据权利要求1所述的直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述定有功功率通过控制直流配电系统的有功功率来控制直流配电系统的输出功率。
5.根据权利要求1所述的直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述直流电压换流站与所述定有功功率换流站的运行判断包括：若流经的直流电压在所述直流电压换流站的电压裕度内，由所述直流电压换流站进行控制，若直流电压超出所述直流电压换流站的电压裕度时，则由所述定有功功率换流站进行主要控制。
6.根据权利要求1所述的直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述定直流电压换流站和所述定有功功率换流站均包括换流器的启动；
所述换流器的启动包括：
在所述换流器的充电回路中串接启动电阻；
闭锁所述换流器，通过交流侧系统电压对所述换流器进行不控整流充电；
当所述换流器中子模块电压为额定电压的0.7倍时完成预充电；
旁路所述启动电阻，解锁所述换流器，通过控电压换流器进一步对所述换流器充电，至所述换流器的电压为额定值。
7.根据权利要求1所述的直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述分布式电源包括热电冷联产发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、太阳能光伏发电中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的直流配电系统快速启动方法，其特征在于，所述直流变压器的直流电压稳定后，将所述直流变压器与外部各个组网元件逐次连接，所述各个组网元件包括储能系统、直流微网、交流负荷及交流微网。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191210 |
|
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