CN113036800A - 一种柔性互联变电站结构及控制方法 - Google Patents

一种柔性互联变电站结构及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性互联变电站结构及控制方法，电源S1和1#主变通过第一开关与10kV母线Ⅰ连接；电源S2和2#主变通过第二开关与10kV母线Ⅱ连接；其特征在于：换流器MMC1和换流器MMC2组成背靠背MMC换流器连接在10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ之间，取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，其中换流器MMC1通过第三开关与10kV母线Ⅰ连接；换流器MMC2通过第四开关与10kV母线Ⅱ连接；覆冰段线路通过第十二开关和第十三开关接入换流器MMC1和换流器MMC2的直流侧；解决了现有技术的变电站结构功能单一，现有技术的变电站不能满足不同长度的输电线路的融冰需求等技术问题。

Description

一种柔性互联变电站结构及控制方法
技术领域
本发明属于柔性互联变电站技术领域，尤其涉及一种柔性互联变电站结构及控制方法。
技术背景
如今随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能在人们的生产和生活中扮演了重要的角色，给人们的生产和生活带来了极大的便利，电力系统最重要的任务之一就是保证电力系统的稳定可靠运行。如今高压电网容量的增大，对于变电站设备和人身安全的要求也越来越高。目前我国的电力系统都是一般变电所都是采用传统接地方式，不能满足多电压等级的输/配电线路，且实现功能单一，完成效率低，成本使用较高，需要耗费大量的人力物力等，如遇需要变电站需要实现多种功能时，则采用常规的变电站无法实现多种功能，因此传统的变电站接线方式不能有效使用。
由于目前我国的冰灾频发导致电杆倒杆、线路断线等问题，我国电网的安全运行受到了严重威胁，造成大面积停电而且严重影响供电可靠性，为此研究直流线路融冰具有重要意义。目前多种型号的融冰装置已经被国内外学者开发出来，这些装置都是通过对覆冰线路施加较大电流使其发热以融化覆冰，这样可防止断线倒杆的发生。在2008年我国发生了严重的冰灾，于是我国的电力科技者工作者就开始自主研发直流融冰装置和技术的研发，大功率直流融冰装置就被工作者们成功研发出来，主要包括带专用整流变压器直流融冰装置和不带专用整流变压器的直流融冰装置。到目前为止，我国南方区域约有100余套直流融冰装置投入运行。
现有的融冰装置对于不同电压等级输/配电线路大电流融冰功能难以适应，且实现方式不灵活。交流输电线路导线截面大，则电阻较小，所需融冰电流较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种柔性互联变电站结构及控制方法，以解决现有技术的变电站结构功能单一，现有技术的变电站不能满足不同长度的输电线路的融冰需求等技术问题。
本发明技术方案：
一种柔性互联变电站结构，电源S1和电源S2；1#主变和2#主变、10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ；电源S1和1#主变通过第一开关与10kV母线Ⅰ连接；电源S2和2#主变通过第二开关与10kV母线Ⅱ连接；换流器MMC1和换流器MMC2组成背靠背MMC换流器连接在10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ之间，取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，其中换流器MMC1通过第三开关与10kV母线Ⅰ连接；换流器MMC2通过第四开关与10kV母线Ⅱ连接；覆冰段线路通过第十二开关和第十三开关接入换流器MMC1和换流器MMC2的直流侧。
换流器MMC1直流侧正端和换流器MMC2直流侧负端通过第五开关、第九开关和第七开关连接；换流器MMC1直流侧负端和换流器MMC2直流侧正端通过端通过第六开关6、第十一开关11和第八开关8连接；第九开关9的输出端与第十一开关11的输入端之间通过第十开关10连接。
所述换流器为直挂式全桥换流器。
每台换流器MMC由交流断路器、充电电阻、桥臂电抗器和柔性直流换流阀组成；柔性直流换流阀由模块化多电平换流器组成，为3相6桥臂形式，每个桥臂由N个全桥功率模块；N大于等于10。
闭合第一开关、第二开关将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；将第十二开关、第十三开关均处于断开状态，然后闭合第三开关、第四开关将两个换流器接入，随后闭合第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关和第十一开关，此时两个换流器采用共直流母线组成背靠背换流器，此时用背靠背换流器取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，调节主变之间的实时功率和线路的潮流调控，实现主变之间的实时功率均衡控制和线路潮流主动调控，实现柔性互联功能，组成柔性互联变电站。
闭合第一开关、第二开关将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；将第十二开关、第十三开关均处于断开状态；然后闭合第三开关、第四开关将两台换流器MMC接入；将两台MMC直流侧第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关和第十一开关断开，则单台换流器MMC视为两套链式STATCOM装置并联运行，通过调控换流器的控制方式和运行参数，通过提供或吸收无功功率满足35kV或10kV母线1和10kV母线2的无功功率需求，维持母线电压稳定。
闭合第一开关、第二开关将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；然后闭合第三开关、第四开关将两台换流器MMC接入；第九开关和第十一开关断开，将第十开关闭合，随后再闭合第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第十二开关和第十三开关，通过两台换流器MMC直流融冰装置的拓扑切换，实现两台换流器串联运行，两台换流器串联运行时以获得2倍相对于单台换流器的额定直流输出电压，从而满足长距离线路或地线的融冰需求。
闭合第一开关、第二开关将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；然后闭合第三开关、第四开关将两台换流器MMC接入；闭合第十二开关和第十三开关将覆冰线路接入；然后将第十开关和第十一开关断开，再将第五开关、第六开关、第七开关、第八开关和第九开关闭合，使两台换流器并联运行，以获得2倍相对于单台换流器的额定直流输出电流，从而满足更大线径导线的融冰需求。
本发明有益效果：
1)利用两个直挂式全桥换流器MMC组成背靠背换流器，取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，实现两台主变之间的实时功率均衡控制和线路潮流主动调控，同时能够通过切换直挂式全桥MMC的拓扑结构，实现母线动态无功补偿、以及线路直流融冰等功能复用。
2)通过两台直挂式全桥换流器MMC的拓扑切换，实现两台换流器串联运行或并联运行，可实现多场景融冰，为柔性互联变电站的一键顺控提供实现手段。
解决了现有技术的变电站结构功能单一，现有技术的变电站不能满足不同长度的输电线路的融冰需求等技术问题。
附图说明：
图1为本发明实施一种串并联灵活结构、多功能应用的柔性互联变电站接线方式；
图2为本发明实现柔性互联、STATCOM功能的柔性互联变电站接线方式；
图3为本发明的串联运行实现线路融冰的运行方式；
图4为本发明的并联运行的实现线路融冰的运行方式；
图5为换流器MMC1和换流器MMC2拓扑示意图；
图6为换流器MMC1和换流器MMC2所使用的子模块组成示意图。
具体实施方式：
图1为本发明搭建的柔性互联变电站模型图：本发明提供的一种柔性互联变电站结构，包括电源S1和电源S2、1#主变和2#主变、10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ，换流器MMC1和换流器MMC2，若干个预先安装在换流器MMC1和换流器MMC2直流侧的开关、覆冰段线路接在换流器MMC1和换流器MMC2直流侧；变压器包括一组原边绕组和一边副边绕组，1#变压器和2#变压器的原边绕组都连接电源获取电能，1#变压器和2#变压器副边绕组分别连接至10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ，1#变压器和2#变压器将获取的电能进行变压，并输出至10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ；电源S1和1#主变通过第一开关1与10kV母线Ⅰ连接；电源S2和2#主变通过第二开关2与10kV母线Ⅱ连接；换流器MMC1和换流器MMC2组成背靠背MMC换流器连接在10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ之间，取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，其中换流器MMC1通过第三开关3与10kV母线Ⅰ连接；换流器MMC2通过第四开关4与10kV母线Ⅱ连接；覆冰段线路通过第十二开关12和第十三开关13接入换流器MMC1和换流器MMC2的直流侧。
换流器MMC1直流侧正端和换流器MMC2直流侧负端通过第五开关5、第九开关9和第七开关7连接；换流器MMC1直流侧负端和换流器MMC2直流侧正端通过端通过第六开关6、第十一开关11和第八开关8连接；第九开关9的输出端与第十一开关11的输入端之间通过第十开关10连接。
所述换流器为直挂式全桥换流器。每台换流器MMC由交流断路器、充电电阻、桥臂电抗器和柔性直流换流阀组成；柔性直流换流阀由模块化多电平换流器组成，为3相6桥臂形式，每个桥臂由N个全桥功率模块；N大于等于10。
闭合第一开关1、第二开关2将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；将第十二开关12、第十三开关13均处于断开状态，然后闭合第三开关3、第四开关4将两个换流器接入，随后闭合第五开关5、第六开关6、第七开关7、第八开关8、第九开关9和第十一开关11，此时MMC1的正极与MMC2的负极相连、MMC1的负极和MMC2的正极相连，使用背靠背换流器取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，调节主变之间的实时功率和线路的潮流调控，实现主变之间的实时功率均衡控制和线路潮流主动调控，实现柔性互联功能，组成柔性互联变电站；见图1。
闭合第一开关1、第二开关2将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；将第十二开关12、第十三开关13均处于断开状态；然后闭合第三开关3、第四开关4将两台换流器MMC接入；将两台MMC直流侧第五开关5、第六开关6、第七开关7、第八开关8、第九开关9和第十一开关11断开，则单台换流器MMC视为两套链式STATCOM装置并联运行，通过调控换流器的控制方式和运行参数，通过提供或吸收无功功率满足35kV或10kV母线1和10kV母线2的无功功率需求，维持母线电压稳定，见图2。
如图3、图4所示为本发明柔性互联变电站：它包括电源S1和电源S2、1#主变和2#主变、10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ，换流器MMC1和换流器MMC2，若干个预先安装在换流器MMC1和换流器MMC2直流侧的开关、覆冰段线路接在换流器MMC1和换流器MMC2直流侧。
闭合第一开关1、第二开关2，使10kv母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ连接至1#变压器和2#变压器的副边绕组，闭合第三开关3、第四开关4，使换流器MMC1和换流器MMC2接入10kv母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ；首先闭合第十二开关12、第十三开关13，使覆冰段线路接入，接着闭合第五、六、七和八开关，然后断开第九开关9和第十一开关11，接着闭合第十开关10，得到图3，这样MMC1的正极与MMC2负极连接，MMC1的负极与MMC2的连接，其中覆冰段线路的正极与MMC1的正极相连，覆冰段线路的负极与MMC2的负极相连，这样可实现MMC1与MMC2串联，可以获得2倍电压，相对于单台换流器的额定直流输出电压，通过调整换流器的功率输出指令值达到目标融冰效果，从而将融冰效率提高，可满足长距离线路或地线的融冰需求，节省了设备投资，提高了设备的利用率和融冰工作效率；从而满足长距离线路或地线的融冰需求。
在图1中，闭合第一开关1、第二开关2，使10kv母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ连接至1#变压器和2#变压器的副边绕组，闭合第三开关3、第四开关4，使换流器MMC1和换流器MMC2接入10kv母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ；首先闭合第十二开关12、第十三开关13，使覆冰段线路接入，将第九开关9、第十开关10闭合，将第十一开关11断开，随后闭合第五、六、七和八开关，得到图4，此时MMC1的正极与MMC2的正极相连，MMC1的负极与MMC2的正极相连，实现MMC1与MMC2的并联运行，可以获得2倍相对于单台换流器的额定直流输出电流，通过调整换流器的功率输出指令值达到目标融冰效果，从而将融冰线路的效率提高，从而满足更大线径导线的融冰需求。

Claims (8)

1.一种柔性互联变电站结构，它包括电源S1和电源S2；1#主变和2#主变、10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ；电源S1和1#主变通过第一开关(1)与10kV母线Ⅰ连接；电源S2和2#主变通过第二开关(2)与10kV母线Ⅱ连接；其特征在于：换流器MMC1和换流器MMC2组成背靠背MMC换流器连接在10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ之间，取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，其中换流器MMC1通过第三开关(3)与10kV母线Ⅰ连接；换流器MMC2通过第四开关(4)与10kV母线Ⅱ连接；覆冰段线路通过第十二开关(12)和第十三开关(13)接入换流器MMC1和换流器MMC2的直流侧。
2.根据权利要求1所述的一种柔性互联变电站结构，其特征在于：换流器MMC1直流侧正端和换流器MMC2直流侧负端通过第五开关(5)、第九开关(9)和第七开关(7)连接；换流器MMC1直流侧负端和换流器MMC2直流侧正端通过端通过第六开关(6)、第十一开关(11)和第八开关(8)连接；第九开关(9)的输出端与第十一开关(11)的输入端之间通过第十开关(10)连接。
3.根据权利要求1所述的一种柔性互联变电站结构，其特征在于：所述换流器为直挂式全桥换流器。
4.根据权利要求1所述的一种柔性互联变电站结构，其特征在于：每台换流器MMC由交流断路器、充电电阻、桥臂电抗器和柔性直流换流阀组成；柔性直流换流阀由模块化多电平换流器组成，为3相6桥臂形式，每个桥臂由N个全桥功率模块；N大于等于10。
5.如权利要求2所述的一种柔性互联变电站结构的控制方法，其特征在于：它包括：闭合第一开关(1)、第二开关(2)将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；将第十二开关(12)、第十三开关(13)均处于断开状态，然后闭合第三开关(3)、第四开关(4)将两个换流器接入，随后闭合第五开关(5)、第六开关(6)、第七开关(7)、第八开关(8)、第九开关(9)和第十一开关(11)，此时两个换流器采用共直流母线组成背靠背换流器，此时用背靠背换流器取代变电站内主变低压侧35kV或10kV母线联络开关，调节主变之间的实时功率和线路的潮流调控，实现主变之间的实时功率均衡控制和线路潮流主动调控，实现柔性互联功能，组成柔性互联变电站。
6.如权利要求2所述的一种柔性互联变电站结构的控制方法，其特征在于：闭合第一开关(1)、第二开关(2)将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；将第十二开关(12)、第十三开关(13)均处于断开状态；然后闭合第三开关(3)、第四开关(4)将两台换流器MMC接入；将两台MMC直流侧第五开关(5)、第六开关(6)、第七开关(7)、第八开关(8)、第九开关(9)和第十一开关(11)断开，则单台换流器MMC视为两套链式STATCOM装置并联运行，通过调控换流器的控制方式和运行参数，通过提供或吸收无功功率满足35kV或10kV母线1和10kV母线2的无功功率需求，维持母线电压稳定。
7.如权利要求2所述的一种柔性互联变电站结构的控制方法，其特征在于：闭合第一开关(1)、第二开关(2)将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；然后闭合第三开关(3)、第四开关(4)将两台换流器MMC接入；第九开关(9)和第十一开关(11)断开，将第十开关(10)闭合，随后再闭合第五开关(5)、第六开关(6)、第七开关(7)、第八开关(8)、第十二开关(12)和第十三开关(13)，通过两台换流器MMC直流融冰装置的拓扑切换，实现两台换流器串联运行，两台换流器串联运行时以获得2倍相对于单台换流器的额定直流输出电压，从而满足长距离线路或地线的融冰需求。
8.如权利要求2所述的一种柔性互联变电站结构的控制方法，其特征在于：闭合第一开关(1)、第二开关(2)将10kV母线Ⅰ和10kV母线Ⅱ接入柔性互联变电站；然后闭合第三开关(3)、第四开关(4)将两台换流器MMC接入；闭合第十二开关(12)和第十三开关(13)将覆冰线路接入；然后将第十开关(10)和第十一开关(11)断开，再将第五开关(5)、第六开关(6)、第七开关(7)、第八开关(8)和第九开关(9)闭合，使两台换流器并联运行，以获得2倍相对于单台换流器的额定直流输出电流，从而满足更大线径导线的融冰需求。
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