CN110880781A - 一种多端混合直流输电系统的充电方法 - Google Patents

一种多端混合直流输电系统的充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多端混合直流输电系统的充电方法，针对有多个常规直流换流站和多个柔性直流换流站接入的多端混合直流输电系统，在大地回线和金属回线两种运行方式下，各柔直站独立完成换流阀充电后，本发明通过高速并列开关(HSS)并联至直流线路上，完成整个直流输电系统的充电，避免了从直流侧给柔直站充电导致模块电容电压可能快速发散而损坏模块。同时，在充电状态下发生直流线路故障，通过检测直流电压突变量等方式触发线路保护，闭锁故障柔直站分HSS开关，可以达到隔离故障站的作用。

Description

一种多端混合直流输电系统的充电方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种多端混合直流输电系统的充电方法。
背景技术
模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter basedHVDC，MMC-HVDC)作为一种新型输电技术，凭借其模块化、低谐波含量、低损耗等优点，在大规模风电场并网、电网互联、直流输电等方面已广泛应用。目前国内外已有多项柔性直流工程投运，如国内的鲁西背靠背直流、南澳三端柔性直流示范工程、美国的Trans Bay Cable工程等，近年来柔性直流输电技术迅猛发展，已迈入特高压大容量柔性直流输电发展阶段。
为充分利用直流输电线路走廊，可将多个常规直流换流站和柔性直流换流站并联接至同一直流线路上，形成多端混合直流输电系统，由于送端和受端有多个换流站，系统输送功率具有较强的灵活性，因此具有广阔的应用前景。
常规直流换流站闭锁充电后直流侧无直流电压，柔性直流换流站充电后直流侧有较高的直流电压，在一个多端混合直流输电系统内，若各柔性直流输电换流站VSC交流侧开关不能同时合闸，必然存在某一柔直站通过直流侧给其他柔直站换流阀充电的情况。由于从直流侧给换流阀充电模块电容起始电压较低，模块电容电压可能快速发散，模块损坏的风险较大。
因此，有必要对多端混合直流输电系统充电方式进行深入研究，为实际工程设计提供参考。
发明内容
针对现有多端混合直流输电系统充电所存在的问题，本发明实施例提供了一种多端混合直流输电系统的充电方法，针对有多个常规直流换流站和多个柔性直流换流站接入的多端混合直流输电系统，在大地回线和金属回线两种运行方式下，各柔直站独立完成换流阀充电后，通过高速并列开关(HSS)并联至直流线路上，完成整个直流输电系统的充电，并设计了相应的保护在发生直流线路接地故障时将柔直站隔离，保护柔直换流阀。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种多端混合直流输电系统的充电方法，所述多端混合直流输电系统包括n个并联至直流线路上的换流站，所述换流站包括常规直流LCC换流站和柔性直流VSC换流站，n为正整数，每一个VSC站均通过高速并联开关HSS并联至直流线路上；
所述充电方法包括：多端混合直流输电系统在大地回线运行方式下的充电方法和在金属回线方式下的充电方法；
所述多端混合直流输电系统大地回线运行方式下的充电方法包括：
选择某一VSC站,先闭合该站线路上的HSS开关并联至直流线路上，然后顺控操作该VSC站对换流阀进行充电，其余VSC站的HSS开关在断开状态，并且各VSC站独立开展顺控充电操作，充电方式可采用不可控充电或可控充电策略，但必须确保所有VSC站采用的充电策略一致；
各VSC站完成换流阀充电后，以选定的VSC站直流电压为基准，其余各VSC站通过调节柔直变压器分接头，将各VSC站直流电压调整至与选定的VSC站直流电压相近的水平，在压差范围内通过闭合VSC各站直流线路上的HSS开关，将各柔直站并联接至直流线路上；
所有VSC站完成充电及并联至直流线路后，所有LCC站合交流侧开关顺控操作至闭锁状态，各LCC站可独立操作，无操作顺序要求，各LCC站操作至闭锁状态后，整个多端混合直流输电系统完成大地回线方式下的充电顺控；
当完成充电操作后若发生直流线路接地故障，检测直流电压突变量触发线路保护，各VSC站在充电状态下线路保护启动后所有功率模块封锁脉冲，跳交流侧开关，分HSS开关隔离故障，各常规直流换流站在充电状态下线路保护动作，保持在闭锁状态；
所述多端混合直流输电系统金属回线方式下的充电方法包括：
选择某一LCC站的站内接地网作为金属回线下的接地箝位点，其他LCC站和VSC站通过金属回线与选定的LCC站站内接地网连接；完成金属回线接线方式顺控操作连接后，先闭合其中某一VSC站的HSS并联至直流线路上对换流阀进行充电，其余各VSC站独立开展顺控充电操作并通过HSS开关接至直流线路上，其中各VSC站并列也需判断满足直流电压在设置的压差范围内，再操作各LCC站至闭锁状态，完成整个多端混合直流输电系统金属回线方式下的充电顺控；
当完成充电操作后若发生直流线路接地故障，通过检测直流电压突变量等方式触发线路保护，各VSC站在充电状态下线路保护启动后所有功率模块封锁脉冲，跳交流侧开关，分HSS开关隔离故障，各常规直流换流站在充电状态下线路保护动作，保持在闭锁状态。
进一步地，所述常规直流LCC换流站和柔性直流VSC换流站既可作为整流站也可作为逆变站。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)多端混合直流输电系统大地回线方式下各柔直站独立开展顺控充电操作，完成充电后通过闭合各站的HSS，将各柔直站并联接至直流线路上。金属回线方式下，选择某一常直站的站内接地网作为金属回线下的接地箝位点，其他各常直站和柔直站通过金属回线与该常直站的站内接地网连接，柔直站再独立开展充电顺控操作，通过闭合各站的HSS将柔直站并联接至直流线路上。即，在一个多端混合直流输电系统内，各柔直站独立开展顺控充电操作，再通过HSS并联接至直流线路上，避免了从直流侧给柔直站充电的情况。
(2)为降低合HSS对换流阀的影响，各柔直站以某一柔直站为基准，通过调节柔直变压器分接头，将各站直流电压调整至与该站直流电压相近的水平，再闭合HSS并联接至直流线路上，该充电方式操作简单，各柔直站可实现独立充电，无需柔直站间协调同时充电。
(3)多端混合直流输电系统大地回线或金属回线运行方式下，完成充电操作后发生直流线路接地故障，通过检测直流电压突变量等方式触发线路保护，闭锁换流阀跳交流侧开关，分HSS开关隔离故障站，可以达到隔离故障站的作用。
附图说明
图1为多端混合直流输电系统大地回线运行方式示意图；
图2为多端混合直流输电系统金属回线运行方式示意图；
图3为大地回线方式下柔直站完成充电后直流线路故障示意图；
图4为金属回线方式下柔直站完成充电后直流线路故障示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参阅图1-2所示，多端混合直流输电系统包括n个并联至直流线路上的换流站，其中既有常规直流LCC换流站又有柔性直流VSC换流站，每一个VSC站均通过高速并联开关(HSS)并联至直流线路上。
在本实施例中，所提供的多端混合直流输电系统的充电方法主要包括多端混合直流输电系统大地回线运行方式下和金属回线方式下的两种充电方法。
具体地，多端混合直流输电系统大地回线运行方式如附图1所示，其中常规直流换流站作为整流站有LCCR1至LCCRn，作为逆变站有LCCI1至LCCIn，柔性直流换流站有VSC1至VSCn，VSC站既可作为整流站又可作为逆变站，并且每个VSC站通过高速并列开关HSS1至HSSn并联至直流线路上。多端混合直流输电系统大地回线运行方式下的充电方法包括：
(1)某一柔直站如选择VSC1站，先闭合HSS1并联至直流线路上，然后顺控操作VSC1站对换流阀进行充电，其余VSC站的高速并列开关在断开状态，各VSC站独立开展顺控充电操作，充电方式可采用不可控充电或可控充电策略，但必须确保所有VSC站采用的充电策略一致。
(2)各VSC站完成换流阀充电后，以VSC1站直流电压为基准，其余各站通过调节柔直变压器分接头，将各站直流电压调整至与VSC1站直流电压相近的水平，由于换流阀充电完成后直流电压为六脉动波形，各VSC站可设置允许并列的与VSC1站直流电压差的范围，在压差范围内通过闭合各站的HSS，将各柔直站并联接至直流线路上。
(3)所有柔直站完成充电及并联至直流线路后，所有常规直流换流站合交流侧开关顺控操作至闭锁状态，各常直站可独立操作，无操作顺序要求，各常直站完成操作至闭锁状态后，整个多端混合直流输电系统完成大地回线方式下的充电顺控。
(4)大地回线方式下柔性直流换流站完成充电后直流线路故障示意图如附图3所示，其中所有柔直站在大地回线方式下VSC1至VSCn均完成了换流阀充电，并通过高速并列开关HSS1至HSSn并联至直流线路上，此时若直流线路上发生接地故障，因柔直站完成充电后有较高的直流电压，可通过检测直流电压突变量等方式触发线路保护，各柔直站在充电状态下线路保护启动后所有功率模块封锁脉冲，跳交流侧开关，分HSS开关隔离故障，各常直站在充电状态下线路保护动作，可不出口跳闸，保持在闭锁状态将柔直站与线路故障隔离。
而多端混合直流输电系统金属回线运行方式如附图2所示，其中系统选取某一个站的站内接地网作为接地箝位点，如图2所示选择LCCR1的站内接地网作为接地箝位点。在此种情况下的充电方法具体如下：
(1)选择LCCR1站的站内接地网作为金属回线下的接地箝位点，其他各常直站和柔直站通过金属回线与LCCR1站的站内接地网连接。完成金属回线接线方式顺控操作后，充电顺控与大地回线方式下类似，先闭合VSC1站的HSS并联至直流线路上对换流阀进行充电，其余各VSC站独立开展顺控充电操作并通过高速并列开关接至直流线路上，其中各柔直站并列也需判断满足直流电压在设置的压差范围内，再操作各常直站至闭锁状态，完成整个多端混合直流输电系统金属回线方式下的充电顺控；
(2)金属回线方式下柔直站完成充电后直流线路故障示意图如附图4所示，其中所有柔直站在金属回线方式下VSC1至VSCn均完成了换流阀充电，并通过高速并列开关HSS1至HSSn并联至直流线路上，此时若直流线路上发生接地故障，可通过检测直流电压突变量等方式触发线路保护，各柔直站在充电状态下线路保护启动后所有功率模块封锁脉冲，跳交流侧开关，分HSS开关隔离故障，各常直站在充电状态下线路保护动作，可不出口跳闸，保持在闭锁状态将柔直站与线路故障隔离。
由此可见，本实施例提供的一种多端混合直流输电系统的充电方法，具有以下优点：
(1)在一个多端混合直流输电系统内，各柔直站独立开展顺控充电操作，再通过HSS并联接至直流线路上，避免了从直流侧给柔直站充电的情况。
(2)通过检测直流电压突变量等方式触发线路保护，闭锁故障站分HSS开关，可以达到隔离故障站的作用。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种多端混合直流输电系统的充电方法，所述多端混合直流输电系统包括n个并联至直流线路上的换流站，所述换流站包括常规直流LCC换流站和柔性直流VSC换流站，n为正整数，其特征在于，每一个VSC站均通过高速并联开关HSS并联至直流线路上；
所述充电方法包括：多端混合直流输电系统在大地回线运行方式下的充电方法和在金属回线方式下的充电方法；
所述多端混合直流输电系统大地回线运行方式下的充电方法包括：
选择某一VSC站,先闭合该站线路上的HSS开关将VSC站并联至直流线路上，然后顺控操作该VSC站对换流阀进行充电，其余VSC站的HSS开关在断开状态，并且各VSC站独立开展顺控充电操作，充电方式可采用不可控充电或可控充电策略，但必须确保所有VSC站采用的充电策略一致；
各VSC站完成换流阀充电后，以选定的VSC站直流电压为基准，其余各VSC站通过调节柔直变压器分接头，将各VSC站直流电压调整至与选定的VSC站直流电压相近的水平，在压差范围内通过闭合VSC各站直流线路上对应的HSS开关，将各柔直站并联接至直流线路上；
所有VSC站完成充电及并联至直流线路后，所有LCC站合交流侧开关顺控操作至闭锁状态，各LCC站可独立操作，无操作顺序要求，各LCC站操作至闭锁状态后，整个多端混合直流输电系统完成大地回线方式下的充电顺控；
当完成充电操作后若发生直流线路接地故障，通过检测直流电压突变量方式触发线路保护，各VSC站在充电状态下线路保护启动后所有功率模块封锁脉冲，跳交流侧开关，分HSS开关隔离故障，各常规直流换流站在充电状态下线路保护动作，保持在闭锁状态；
所述多端混合直流输电系统金属回线方式下的充电方法包括：
选择某一LCC站的站内接地网作为金属回线下的接地箝位点，其他LCC站和VSC站通过金属回线与选定的LCC站站内接地网连接；完成金属回线接线方式顺控操作连接后，先闭合其中某一VSC站的HSS并联至直流线路上对换流阀进行充电，其余各VSC站独立开展顺控充电操作并通过HSS开关接至直流线路上，其中各VSC站并列也需判断满足直流电压在设置的压差范围内，再操作各LCC站至闭锁状态，完成整个多端混合直流输电系统金属回线方式下的充电顺控；
当完成充电操作后若发生直流线路接地故障，通过检测直流电压突变量方式触发线路保护，各VSC站在充电状态下线路保护启动后所有功率模块封锁脉冲，跳交流侧开关，分HSS开关隔离故障，各常规直流换流站在充电状态下线路保护动作，保持在闭锁状态。
2.如权利要求1所述的多端混合直流输电系统的充电方法，其特征在于，所述常规直流LCC换流站和柔性直流VSC换流站既可作为整流站也可作为逆变站。
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