CN113013860A - 换流阀过电压抑制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换流阀过电压抑制方法及装置，应用于在换流阀直流端口配置直流耗能装置的输电系统，其中，该方法包括：检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况；当直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量从而降低换流阀端口电压。本发明使用系统中配置的直流耗能装置降低换流阀过电压，不仅充分利用了直流耗能装置的功能，而且可避免换流阀过电压保护装置的增设，降低系统投入成本。
Description
技术领域
本发明涉及换流阀领域，尤其涉及一种换流阀过电压抑制方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电系统，当换流站发生变压器阀侧(变压器连接到电网的一侧称为网侧，变压器连接到整流器的一侧称为阀侧)出现单相接地故障时，由于直流线路可能具有较大的寄生电容，且非故障换流站因本站保护或者站间通讯较慢，会在故障换流站闭锁后仍溃入功率，导致换流阀桥臂出现较严重的过电压。
现有技术中，采用额外加设避雷器的方式，来抑制因变压器阀侧出现单相接地故障时引起的换流阀过电压。这种安装阀避雷器的方式，一方面会增大整个换流站的体积；另一方面还会导致一次设备投入成本加大。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例中提供了一种换流阀过电压抑制方法，应用于在换流阀直流端口配置直流耗能装置的直流输电系统，用以解决现有采用加设避雷器抑制换流阀过电压的方案，存在会增大换流站体积、增加一次设备投入成本的技术问题，该方法包括：检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况；当直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，所述直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
本发明实施例中还提供了一种换流阀过电压抑制装置，应用于在换流阀直流端口配置直流耗能装置的直流输电系统，用以解决现有采用加设避雷器抑制换流阀过电压的方案，存在会增大换流站体积、增加一次设备投入成本的技术问题，该装置包括：换流阀过电压检测模块，用于检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况；控制模块，用于当直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，所述直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有采用加设避雷器抑制换流阀过电压的方案，存在会增大换流站体积、增加一次设备投入成本的技术问题，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述换流阀过电压抑制方法。
本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有采用加设避雷器抑制换流阀过电压的方案，存在会增大换流站体积、增加一次设备投入成本的技术问题，所述计算机可读存储介质存储有执行上述换流阀过电压抑制方法的计算机程序。
本发明实施例中，在换流阀直流端口配置直流耗能装置的直流输电系统中，通过检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况，并在检测到直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，以接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
与现有技术中加设避雷器抑制换流阀过电压的技术方案相比，本发明实施例中使用系统中配置的直流耗能装置降低换流阀过电压，不仅充分利用了直流耗能装置的功能，而且可避免换流阀过电压保护装置的增设，降低系统投入成本。
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。在附图中：
图1为本发明实施例中提供的一种换流阀过电压抑制方法流程图；
图2为本发明实施例中提供的一种可选的换流阀过电压抑制方法流程图；
图3为本发明实施例中提供的一种换流阀过电压抑制系统示意图；
图4为本发明实施例中提供的一种未加设避雷器和直流耗能装置时的换流阀桥臂过电压示意图；
图5为本发明实施例中提供的一种加设避雷器后的换流阀桥臂过电压示意图；
图6为本发明实施例中提供的一种加设直流耗能装置后的换流阀桥臂过电压示意图；
图7为本发明实施例中提供的一种换流阀过电压抑制装置示意图；
图8为本发明实施例中提供的一种可选的换流阀过电压抑制装置示意图；
图9为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图。
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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例中提供了一种换流阀过电压抑制方法，应用于在换流阀直流端口配置直流耗能装置的直流输电系统，能够在不增加一次设备的前提下更大限度的降低换流阀的过电压水平。
图1为本发明实施例中提供的一种换流阀过电压抑制方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
S101，检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况；
S102，当直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
需要说明的是，本发明实施例中检测的换流阀过电压工况可以是故障类型属于换流阀桥臂过电压的严苛工况。在检测到换流阀过电压工况后，投入过电压工况换流阀对应的直流耗能装置，通过直流耗能装置的能量耗散，降低故障极换流器端间的过电压水平，从而降低换流阀的过电压水平。
本发明实施例中，通过系统仿真进行故障扫描，确定换流阀桥臂端间过电压的几种决定性工况，当发生故障后，通过控制保护系统的有效动作、故障定位及故障判别，在检测到故障类型属于换流阀桥臂过电压的较苛工况后，换流站快速投入故障极的直流耗能装置来限制换流器直流端口的电压，从而降低换流阀的过电压水平。本发明实施例在系统发生换流阀桥臂过电压的较苛工况时，通过故障区域判别，投入直流耗能装置来限制换流阀过电压，使得直流耗能装置得到更充分的利用。
可选地，本发明实施例中采用的直流耗能装置可以是如下任意之一：集中式耗能装置、分布式耗能装置或者混合式耗能装置。
可选地，本发明实施例中的直流输电系统可以是如下任意之一：单级系统、双极系统、双端直流系统或多端直流系统。
需要说明的是，当本发明实施例中的直流输电系统为存在直流中性点的系统的情况下，直流耗能装置连接在换流阀的直流极线与中性线之间；当本发明实施例中的直流输电系统为不存在直流中性点的系统的情况下，直流耗能装置连接在换流阀的两个直流极线之间。
可选地，本发明实施例中采用的直流耗能装置，其投入时耗散功率设定值是可调节的，因而，在一个实施例中，本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制方法还可以包括如下步骤：调节直流耗能装置的耗散功率值。
可选地，本发明实施例中采用的直流耗能装置，其投入时长可设置为固定触发时长(例如，100ms)，因而，在一个实施例中，本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制方法还可以包括如下步骤：设置直流耗能装置的投入时长。
通常，在变压器阀侧发生单相接地故障后，保护系统会发出故障极交流断路器跳闸指令，因而，在一个实施例中，可根据故障极交流断路器的状态确定是否退出直流耗能装置。如图2所示，本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制方法还可以包括如下步骤：
S103，检测交流断路器是否断开；
S104，当交流断路器断开的情况下，输出直流耗能装置退出指令，其中，所述直流耗能装置退出指令用于退出投入的直流耗能装置，不再消耗换流阀直流端口的能量。
本发明提出一种换流阀过电压抑制方法，通过系统仿真进行故障扫描，确定换流阀桥臂端间过电压的几种决定性工况，当发生故障后，通过控制保护系统的有效动作、故障定位及故障判别，在检测到故障类型属于换流阀桥臂过电压的较苛工况后，换流站快速投入故障极的直流耗能装置来限制换流器直流端口的电压，从而降低换流阀的过电压水平。
当系统故障导致换流器闭锁时，检测故障类型属于换流阀桥臂过电压，则投入故障极的直流耗能装置，通过直流耗能装置的能量耗散，降低故障极换流器端间的过电压水平，从而降低换流阀的过电压水平；
其中，直流耗能装置的投入时的耗散功率设定值是可调节的，即针对不同类型的直流耗能装置，其投入占空比/模块数是可调节的；直流耗能装置的投入时间可以设置为固定触发时间，如100ms；亦可根据故障极交流断路器的状态进行确定，如确定故障极交流断路器成功开断后，退出故障极的直流耗能装置。
为进一步说明本发明实施例的有效性，下面给出一组仿真实例的对比结果，仿真实例为±525kV/2GW海上风电双极直流送出系统，系统采用双极金属回线的方式。仿真实例采用的主要技术参数如表1所示。
表1主要技术参数
| 系统额定直流电压 | ±525kV |
| 系统额定传输容量 | 2GW |
| 桥臂额定子模块个数 | 246 |
| 子模块额定电压 | 2.134kV |
图3为本发明实施例中提供的一种换流阀过电压抑制系统示意图，为方便对比分析，当换流器1变压器阀侧出现单相接地故障时，给出如下三种情况下换流阀的过电压应力：①换流阀不加设阀避雷器且直流耗能装置不投入；②换流阀加设避雷器；③在故障判别后投入直流耗能装置100ms。
为了便于观测换流器6个桥臂中的最大过电压水平，对6个桥臂的换流阀端间电压进行测量并取6个电压的最大值作为换流阀桥臂电压的最大过电压。取最大值的函数如下：
Uvalve＝MAX(Uarm1,Uarm2,Uarm3,Uarm4,Uarm5,Uarm6)；
其中，MAX表示求最大值函数，Uvalve表示中的最大值，Uarm1、Uarm2、Uarm3、Uarm4、Uarm5和Uarm6分别表示6个桥臂换流阀端间电压。
如图4所示，当换流阀不加设阀避雷器且直流耗能装置不投入，换流阀桥臂最大过电压为910kV；如图5所示，当换流阀加设阀避雷器的情况下，换流阀桥臂最大过电压850kV；如图6所示，当在故障判别后投入直流耗能装置的情况下，换流阀桥臂最大过电压为840kV。
从对比分析结果，可以看出，采用本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制方法，能够使换流阀的过电压水平有效抑制到与加设阀避雷器的同等水平，甚至更低；在不加设阀避雷器时，亦可有效的保护换流阀，降低换流阀的过电压水平，相比于加设阀避雷器的方案，可有效降低额外的一次设备投资及阀厅体积要求。
需要注意的是，对于海上风电柔性直流输电系统，其岸上站的直流耗能装置主要用于本站交流系统故障时，吸收直流系统中冗余的能量，辅助直流输电系统完成交流系统故障穿越，但是交流系统故障几率较低，直流耗能装置未能得到充分利用，由于直流耗能装置加设在换流器直流端口间，在某些故障下，换流阀的桥臂端间会承受较高的过电压，通过投入直流耗能装置，可有效抑制换流器直流端口间过电压，并可进一步降低换流阀的桥臂端间过电压。
将本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制方法，应用于海上风电送出系统等加设直流耗能装置的直流系统中，能够在不额外增加一次设备投资的情况下，充分利用直流耗能装置，有效降低换流阀的过电压水平，减少相关换流阀保护设备的一次投资，且可降低换流器阀厅的布置体积，从而进一步降低系统造价。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种换流阀过电压抑制装置，应用于在换流阀直流端口配置直流耗能装置的直流输电系统，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与换流阀过电压抑制方法相似，因此该装置的实施可以参见换流阀过电压抑制方法的实施，重复之处不再赘述。
图7为本发明实施例中提供的一种换流阀过电压抑制装置示意图，如图7所示，该装置包括：换流阀过电压检测模块71和控制模块72。
其中，换流阀过电压检测模块71，用于检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况；控制模块72，用于当直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
在一个实施例中，如图8所示，本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制装置还包括：配置模块73，用于设置直流耗能装置的投入时长。
在一个实施例中，如图8所示，本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制装置还包括：调节模块74，用于调节直流耗能装置的耗散功率值。
在一个实施例中，本发明实施例中提供的换流阀过电压抑制装置中，控制模块72还用于检测交流断路器是否断开；以及当交流断路器断开的情况下，输出直流耗能装置退出指令，其中，所述直流耗能装置退出指令用于退出投入的直流耗能装置，不再消耗换流阀直流端口的能量。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有采用加设避雷器抑制换流阀过电压的方案，存在会增大换流站体积、增加一次设备投入成本的技术问题，图9为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图，如图9所示，该计算机设备90包括存储器901、处理器902及存储在存储器901上并可在处理器902上运行的计算机程序，处理器902执行计算机程序时实现上述换流阀过电压抑制方法。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有采用加设避雷器抑制换流阀过电压的方案，存在会增大换流站体积、增加一次设备投入成本的技术问题，计算机可读存储介质存储有执行上述换流阀过电压抑制方法的计算机程序。
综上所述，本发明实施例中提供了一种换流阀过电压抑制方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，在直流输电系统的换流阀直流端口配置直流耗能装置，通过检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况，并在检测到直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，所述直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
与现有技术中加设避雷器抑制换流阀过电压的技术方案相比，本发明实施例中使用系统中配置的直流耗能装置降低换流阀过电压，不仅充分利用了直流耗能装置的功能，而且可避免换流阀过电压保护装置的增设，降低系统投入成本。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种换流阀过电压抑制方法，其特征在于，应用于在换流阀直流端口配置直流耗能装置的直流输电系统，该方法包括：
检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况；
当直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，所述直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测交流断路器是否断开；
当交流断路器断开的情况下，输出直流耗能装置退出指令，其中，所述直流耗能装置退出指令用于退出投入的直流耗能装置，不再消耗换流阀直流端口的能量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
设置直流耗能装置的投入时长。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
调节直流耗能装置的耗散功率值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流输电系统为如下任意之一：单级系统、双极系统、双端直流系统或多端直流系统。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流耗能装置为如下任意之一：集中式耗能装置、分布式耗能装置或者混合式耗能装置。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
当所述直流输电系统为存在直流中性点的系统的情况下，所述直流耗能装置连接在换流阀的直流极线与中性线之间；
当所述直流输电系统为不存在直流中性点的系统的情况下，所述直流耗能装置连接在换流阀的两个直流极线之间。
8.一种换流阀过电压抑制装置，其特征在于，应用于在换流阀直流端口配置直流耗能装置的直流输电系统，该装置包括：
换流阀过电压检测模块，用于检测直流输电系统是否处于换流阀过电压工况；
控制模块，用于当直流输电系统处于换流阀过电压工况的情况下，输出直流耗能装置投入指令，其中，所述直流耗能装置投入指令用于接入直流耗能装置消耗换流阀直流端口的能量。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述换流阀过电压抑制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7任一项所述换流阀过电压抑制方法的计算机程序。
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