CN112290573A - 一种电压跌落补偿装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压跌落补偿装置及其控制方法，所述装置包括：旁路开关K、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、LCC型补偿换流器、换流变压器；本发明提供的电压跌落补偿装置结构简单可靠、操作难度低，能够有效抑制直流输电系统由双极运行转为单极运行时金属回线上的电压降，可广泛应用于双端双极直流输电系统。

Description

一种电压跌落补偿装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及高压直流输电系统领域，具体涉及一种电压跌落补偿装置及其控制方法。
背景技术
直流输电技术是以直流电的方式进行电能传输。两端直流输电系统是主要的直流输电系统。目前运行的两端直流输电系统可以分为单极直流输电系统、双极直流输电系统和背靠背直流输电系统。双极直流输电系统在一些不允许直流电流流过大地或者无合适的接地点的情况下有较大优势，如地下电缆直流工程。
双极直流输电系统由三根导线构成直流回路，分别是双极直流输电系统的正极线、双极直流输电系统的负极线和金属回线。采用金属回线的双极系统在正常运行时，通过正极线的电流和负极线的电流数值相等，方向相反，因此流过金属回线中的电流可以忽略不计。当系统运行在单极模式下，直流电流流过金属回线，这会导致沿金属回线的电压显著下降，从而导致换流器终端处的直流电压大幅下降，而不接地处的中性点电压显著升高，影响系统运行的稳定性和可靠性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够有效抑制直流输电系统由双极运行转为单极运行时金属回线上电压降的电压跌落补偿装置，使其能够广泛应用于双端双极直流输电系统。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种电压跌落补偿装置，其改进之处在于，所述装置包括：旁路开关K、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、LCC型补偿换流器、换流变压器；
所述LCC型补偿换流器的直流侧接入直流输电系统金属回线，所述LCC型补偿换流器的交流侧经过所述换流变压器连接至交流输电系统的交流母线；
所述LCC型补偿换流器的直流侧负极端与直流输电系统金属回线和送端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上接有开关S1；
所述LCC型补偿换流器的直流侧正极端与直流输电系统金属回线和受端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上接有开关S3；
所述开关S1与直流输电系统金属回线和送端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上连接旁路开关K的一端，所述开关S3与直流输电系统金属回线和受端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上连接旁路开关K的另一端；
所述开关S1与所述旁路开关K的一端之间的直流输电系统金属回线上连接开关S4的一端，所述LCC型补偿换流器的直流侧正极端与开关S3之间的直流输电系统金属回线上连接开关S4的另一端；
所述LCC型补偿换流器的直流侧负极端与开关S1之间的直流输电系统金属回线上连接开关S2的一端，所述开关S3与所述旁路开关K的另一端之间的直流输电系统金属回线上连接开关S2的另一端。
优选的，所述LCC型补偿换流器由三组并联的支路组成，每组支路由上、下两个串联的桥臂组成；
每组支路的上桥臂与下桥臂的连接点经过所述换流变压器连接至交流输电系统的交流母线。
进一步的，所述桥臂为连接有晶闸管的支路。
进一步的，所述晶闸管为二级晶闸管、三级晶闸管或四级晶闸管。
如上所述的电压跌落补偿装置的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：
当直流输电系统的正极单极运行时，闭合开关S1和开关S3，断开开关S2、开关S4和旁路开关K；
当直流输电系统的负极单极运行时，闭合开关S2和开关S4，断开开关S1、开关S3和旁路开关K；
当直流输电系统的正极和负极双极运行时，闭合旁路开关K，断开开关S1、开关S2、开关S3和开关S4。
一种基于上述电压跌落补偿装置的双极直流输电系统，其改进之处在于，所述双极直流输电系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置。
一种基于上述电压跌落补偿装置的LCC-HVDC系统，其改进之处在于，所述LCC-HVDC系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置。
一种基于上述电压跌落补偿装置的LCC和VSC混合式直流输电系统，其改进之处在于，所述LCC和VSC混合式直流输电系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供了一种电压跌落补偿装置，所述装置包括：旁路开关K、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、LCC型补偿换流器、换流变压器；本发明提供的电压跌落补偿装置，能够在双端直流输电系统由双极运行转为单极运行时，金属回线上产生电压降的情况下，实现对金属回线上的电压降部分或全部补偿，使输电系统换流器在设计时无需考虑单极运行时直流电流流过金属回线对受端直流电压和不接地换流站中性点电压造成的影响，同时不影响直流输电系统双极正常运行。本发明提供的电压跌落补偿装置结构简单可靠、操作难度低，可广泛应用于双端双极直流输电系统，有效提高两端直流输电系统运行的可靠性。
附图说明
图1是含有电压跌落补偿装置的双极直流输电系统的结构示意图；
图2是LCC型补偿换流器的结构示意图；
图3是直流输电系统的正极单极运行时接线示意图；
图4是直流输电系统的负极单极运行时接线示意图；
图5是含有电压跌落补偿装置的LCC-HVDC系统的结构示意图；
图6是含有电压跌落补偿装置的LCC和VSC混合式直流输电系统的结构示意图；
图7是包含反并联续流二极管的单相可关断器件组成的典型VSC换流器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
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、完整地描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种电压跌落补偿装置，如图1虚线框所示，包括：
旁路开关K、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、LCC型补偿换流器、换流变压器；
所述LCC型补偿换流器的直流侧接入直流输电系统金属回线，所述LCC型补偿换流器的交流侧经过所述换流变压器连接至交流输电系统的交流母线；
所述LCC型补偿换流器的直流侧负极端与直流输电系统金属回线和送端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上接有开关S1；
所述LCC型补偿换流器的直流侧正极端与直流输电系统金属回线和受端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上接有开关S3；
所述开关S1与直流输电系统金属回线和送端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上连接旁路开关K的一端，所述开关S3与直流输电系统金属回线和受端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上连接旁路开关K的另一端；
所述开关S1与所述旁路开关K的一端之间的直流输电系统金属回线上连接开关S4的一端，所述LCC型补偿换流器的直流侧正极端与开关S3之间的直流输电系统金属回线上连接开关S4的另一端；
所述LCC型补偿换流器的直流侧负极端与开关S1之间的直流输电系统金属回线上连接开关S2的一端，所述开关S3与所述旁路开关K的另一端之间的直流输电系统金属回线上连接开关S2的另一端。
如图2所示，所述LCC型补偿换流器由三组并联的支路组成，每组支路由上、下两个串联的桥臂组成；
每组支路的上桥臂与下桥臂的连接点经过所述换流变压器连接至交流输电系统的交流母线。
所述桥臂为连接有晶闸管的支路。
所述晶闸管为二级晶闸管、三级晶闸管或四级晶闸管。
当直流输电系统的正极和负极双极运行时，为了防止开关误操作，闭合旁路开关K，使LCC型补偿换流器通过旁路开关K被隔离旁路，此时，流过直流输电系统的正极电流id1和流过直流输电系统的负极电流id2相等，流过金属回线的电流i_DMR几乎为零。
如图3所述，当直流输电系统的正极单极运行时，闭合开关S1和开关S3，将LCC型补偿换流器投入使用，同时断开开关S2、开关S4和旁路开关K，此时，流过直流输电系统金属回线的电流i_DMR与流过直流输电系统的正极电流id1相等，电流方向相反，通过控制LCC型补偿换流器晶闸管阀的触发角，控制LCC型补偿换流器输出的直流电压，补偿金属回线上的电压降，以到达补偿目的。
如图4所述，当直流输电系统的负极单极运行时，闭合开关S2和开关S4，将LCC型补偿换流器投入使用，同时断开开关S1、开关S3和旁路开关K，此时，流过直流输电系统金属回线的电流i_DMR与流过直流输电系统的负极电流id2相等，电流方向相反，通过控制LCC型补偿换流器晶闸管阀的触发角，控制LCC型补偿换流器输出的直流电压，补偿金属回线上的电压降，以到达补偿目的。
本发明提供的电压跌落补偿装置同样适用于多端直流输电场合，如图5所示为一种LCC-HVDC系统，所述LCC-HVDC系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置LCC-CC，此外，在多端直流输电系统的金属回线上还可以多点经阻抗接地；图中LCCa-b换流器的电路结构如图2所示。
如图6所示，为一种LCC和VSC混合式直流输电系统，所述LCC和VSC混合式直流输电系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置LCC-CC；图中LCCa-b换流器的电路结构如图2所示，VSCn-m换流器的电路结构如图7所示，其中，LCCa-b为编号为a-b的LCC换流器，VSCn-m为编号为n-m为VSC换流器，例如LCC1-1换流器、VSC1-1换流器。
其中，VSC换流器为电压源型换流器。
对于图5中LCC-HVDC系统和如图6中LCC和VSC混合式直流输电系统中电压跌落补偿装置同上述控制过程，故此处不再进行赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压跌落补偿装置，其特征在于，所述装置包括：旁路开关K、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、LCC型补偿换流器、换流变压器；
所述LCC型补偿换流器的直流侧接入直流输电系统金属回线，所述LCC型补偿换流器的交流侧经过所述换流变压器连接至交流输电系统的交流母线；
所述LCC型补偿换流器的直流侧负极端与直流输电系统金属回线和送端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上接有开关S1；
所述LCC型补偿换流器的直流侧正极端与直流输电系统金属回线和受端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上接有开关S3；
所述开关S1与直流输电系统金属回线和送端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上连接旁路开关K的一端，所述开关S3与直流输电系统金属回线和受端换流器的连接点之间的直流输电系统金属回线上连接旁路开关K的另一端；
所述开关S1与所述旁路开关K的一端之间的直流输电系统金属回线上连接开关S4的一端，所述LCC型补偿换流器的直流侧正极端与开关S3之间的直流输电系统金属回线上连接开关S4的另一端；
所述LCC型补偿换流器的直流侧负极端与开关S1之间的直流输电系统金属回线上连接开关S2的一端，所述开关S3与所述旁路开关K的另一端之间的直流输电系统金属回线上连接开关S2的另一端。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述LCC型补偿换流器由三组并联的支路组成，每组支路由上、下两个串联的桥臂组成；
每组支路的上桥臂与下桥臂的连接点经过所述换流变压器连接至交流输电系统的交流母线。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述桥臂为连接有晶闸管的支路。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述晶闸管为二级晶闸管、三级晶闸管或四级晶闸管。
5.如权利要求1-4任一项所述的电压跌落补偿装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
当直流输电系统的正极单极运行时，闭合开关S1和开关S3，断开开关S2、开关S4和旁路开关K；
当直流输电系统的负极单极运行时，闭合开关S2和开关S4，断开开关S1、开关S3和旁路开关K；
当直流输电系统的正极和负极双极运行时，闭合旁路开关K，断开开关S1、开关S2、开关S3和开关S4。
6.一种基于权利要求1-4任一项所述的电压跌落补偿装置的双极直流输电系统，其特征在于，所述双极直流输电系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置。
7.一种基于权利要求1-4任一项所述的电压跌落补偿装置的LCC-HVDC系统，其特征在于，所述LCC-HVDC系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置。
8.一种基于权利要求1-4任一项所述的电压跌落补偿装置的LCC和VSC混合式直流输电系统，其特征在于，所述LCC和VSC混合式直流输电系统的金属回线上连接有所述电压跌落补偿装置。
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