CN114696360A - 一种低频输电系统停运方法及装置 - Google Patents

一种低频输电系统停运方法及装置 Download PDF

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CN114696360A CN202210370106.5A CN202210370106A CN114696360A CN 114696360 A CN114696360 A CN 114696360A CN 202210370106 A CN202210370106 A CN 202210370106A CN 114696360 A CN114696360 A CN 114696360A
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许烽
陆翌
陆承宇
裘鹏
黄晓明
倪晓军
陈骞
丁超
郑眉
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    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases

Abstract

本发明公开了一种低频输电系统停运方法及系统。本发明的低频输电系统停运方法，包括：将与低频侧同一相相连的三个桥臂设为一组，形成多组；每组内的三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将第一桥臂内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至设定值时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态，第二桥臂和第三桥臂的操作步骤同第一桥臂，待组内所有桥臂都完成以上操作后，组内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态；所有子模块将继续通过与其相并联的均压电阻进行缓慢放电。本发明能够实现快速、平稳、无冲击的低频输电系统停运，保障了电网和设备安全。

Description

一种低频输电系统停运方法及装置
技术领域
本发明属于电力系统输电领域，具体涉及一种低频输电系统停运方法及装置。
背景技术
低频输电通过降低输电频率，减小线路阻抗、减少电缆充电无功、提升电网的输送能力和调控能力，是工频交流输电与直流输电方式的有益补充，适用于中远距离海上风电送出、城市电网分区互联、海岛互联供电等场景。
对于实际工程而言，低频输电系统的停运十分重要，与电网的稳定性密切相关，然而目前关于这方面的研究极少。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种低频输电系统停运方法及装置，在不增加任何一次设备的情况下，以实现快速、平稳、无冲击的低频输电系统停运。
为此，本发明采用的一种技术方案为：一种低频输电系统停运方法，其包括：
步骤1：除定低频电压的交交换频站外，其他所有交交换频站将低频侧的有功功率和无功功率均调节至零；
步骤2：控制低频电压的交交换频站，将低频侧的交流电压幅值逐渐降低至零；
步骤3：每个交交换频站内，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置，使交交换频阀侧的交流电压降低；
步骤4：每个交交换频站内，投入冗余子模块，并增大电压调制比，使子模块电容电压降低至UsmL1；
Figure BDA0003587968160000011
式中，N为每个桥臂总子模块个数，包括冗余子模块；Uv为交交换频阀侧的交流电压；
步骤5：闭锁所有交交换频站，低频侧交交换频站与低频输电网络相连的低频断路器，断开工频侧联接变压器与工频系统相连的工频断路器，断开与启动电阻相并联的断路器；
步骤6：将与低频侧同一相相连的三个桥臂设为一组，形成多组；完成前五个步骤后，每组内的三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将第一桥臂内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态，第二桥臂和第三桥臂的操作步骤同第一桥臂，待组内所有桥臂都完成以上操作后，组内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态；
所述的UsmL2大于子模块驱动板卡工作最低电压Usmmin；
步骤7：所有子模块将继续通过与其相并联的均压电阻进行缓慢放电，待放电完成后，采用验电方式校验子模块电容是否已完全放完电。
所述的低频输电系统包含两端以上的交交换频站及低频输电网络。所述的交交换频站从工频侧至低频侧主要设备依次有联接变压器、启动电阻、模块化多电平矩阵变换器等。
进一步地，所述的步骤1中，定低频电压的交交换频站低频侧采用定低频交流电压幅值和频率的控制方式，是维持低频系统频率和电压稳定的关键；其他交交换频站分为两类，一类与有源交流电网相连，低频侧采用定有功功率和定无功功率的控制方式，直接将有功和无功功率指令设置为零，即可实现功率降低为零的目的；另一类与无源交流电网相连，该类交交换频站通过断开与工频交流之间的联络，实现功率降为零的目的。
进一步地，所述的步骤3中，联接变压器的分接头位于网侧，每一步长调节的电压标幺值设为utap，分接头向上调节的档位设为ntap档，那么，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置时，交交换频阀侧的交流电压Uv为：
Figure BDA0003587968160000021
其中，Us为工频网侧电压，k为联接变压器变比，k>1。
进一步地，所述的步骤6中，所述的子模块含有T1-T4四个IGBT及其反并联二极管，当T1和T2开通、T3和T4关断或T1和T2关断、T3和T4开通时，子模块处于旁路状态；当T1和T4开通、T2和T3关断时，子模块处于正电压投入状态；当T1和T4关断、T2和T3开通时，子模块处于负电压投入状态；当T1-T4均关断时，子模块处于闭锁状态。
进一步地，所述的步骤6中，根据子模块电容自身放电特性，取UsmL2＝1.2Usmmin。
本发明采用的另一种技术方案为：一种低频输电系统停运装置，其包括：
功率调节单元：除定低频电压的交交换频站外，其他所有交交换频站将低频侧的有功功率和无功功率均调节至零；
交流电压幅值降零单元：控制低频电压的交交换频站，将低频侧的交流电压幅值逐渐降低至零；
交流电压降低单元：每个交交换频站内，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置，使交交换频阀侧的交流电压降低；
子模块电容电压降低单元：每个交交换频站内，投入冗余子模块，并增大电压调制比，使子模块电容电压降低至UsmL1；
Figure BDA0003587968160000031
式中，N为每个桥臂总子模块个数，包括冗余子模块；Uv为交交换频阀侧的交流电压；
断路器断开单元：闭锁所有交交换频站，断开低频侧交交换频站与低频输电网络相连的低频断路器，断开工频侧联接变压器与工频系统相连的工频断路器，断开与启动电阻相并联的断路器；
子模块控制单元：将与低频侧同一相相连的三个桥臂设为一组，形成三组；完成前五个步骤后，每组内的三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将第一桥臂内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态，第二桥臂和第三桥臂的操作步骤同第一桥臂，待组内所有桥臂都完成以上操作后，组内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态；
所述的UsmL2大于子模块驱动板卡工作最低电压Usmmin；
校验单元：所有子模块将继续通过与其相并联的均压电阻进行缓慢放电，待放电完成后，采用验电方式校验子模块电容是否已完全放完电。
与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
(1)本发明能够实现快速、平稳、无冲击的低频输电系统停运，保障了电网和设备安全。
(2)本发明能够最大程度地将储存于子模块电容内的电能回馈至电网，减少了电能损失。
(3)本发明通过变压器副边绕组和启动电阻组成的耗能回路实现了现有一次设备的复用，在达到低频输电系统快速停运目的的同时，不增加投资，提升了设备利用率。
附图说明
图1为本发明低频输电系统示意图；
图2为本发明低频输电系统停运方法流程图；
图3为本发明快速放电回路示意图；
图4为本发明子模块结构示意图；
图5为本发明低频输电系统停运装置的结构框图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合说明书附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种低频输电系统停运方法，图1所示为三端低频输电系统示意图，从图中可要看出，三端低频输电系统包含三端交交换频站及低频输电网络。交交换频站从工频侧至低频侧主要设备依次有联接变压器、启动电阻、模块化多电平矩阵变换器等。低频输电系统停运方法如图2所示，具体内容如下：
步骤1：除定低频电压的交交换频站外，其他所有交交换频站将低频侧的有功功率和无功功率均调节至零。其中，定低频电压的交交换频站低频侧采用定低频交流电压幅值和频率的控制方式，是维持低频系统频率和电压稳定的关键。其他交交换频站分为两类，一类与有源交流电网相连，低频侧采用定有功功率和定无功功率的控制方式，直接将有功和无功功率指令设置为零，即可实现功率降低至零的目的；另一类与无源交流电网相连，该类交交换频站需要通过断开与工频交流之间的联络，才能实现功率降低为零的目的。
步骤2：控制低频电压的交交换频站，将低频侧的交流电压幅值逐渐降低至零。该过程通过将定低频电压的交交换频站的交流电压的幅值参考值设置为零即可实现。
步骤3：每个交交换频站内，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置，使得交交换频阀侧的交流电压降低。其中，联接变压器的分接头位于网侧，每一步长调节的电压标幺值为utap，分接头向上调节的档位为ntap档，那么，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置时，阀侧的交流电压为
Figure BDA0003587968160000051
其中，Us为工频网侧电压，k为联接变压器变比(k>1)。
步骤4：每个交交换频站内，投入冗余子模块，并增大电压调制比，使得子模块电容电压降低至UsmL1。假设N为每个桥臂总子模块个数(包括冗余子模块)，如此，可使得子模块电容电压降低至
Figure BDA0003587968160000052
步骤5：闭锁所有交交换频器，断开低频侧交交换频器与低频输电网络相连的低频断路器，断开工频侧联接变压器和工频系统相连的工频断路器，断开与启动电阻相并联的断路器。该步骤完成后，联接变压器副边绕组、启动电阻和模块化多电平矩阵变换器的连接和回路方式如图3所示。
图4所示为子模块的结构示意图，每个子模块含有T1-T4四个IGBT及其反并联二极管，当T1和T2开通、T3和T4关断或T1和T2关断、T3和T4开通时，子模块处于旁路状态；当T1和T4开通、T2和T3关断时，子模块处于正电压投入状态；当T1和T4关断、T2和T3开通时，子模块处于负电压投入状态；当T1-T4均关断时，子模块处于闭锁状态。
步骤6：将与低频侧同一相相连的三个桥臂设为一组，形成三组，即①②③桥臂为组一、④⑤⑥桥臂为组二、⑦⑧⑨桥臂为组三。完成前五个步骤后，组一内三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将桥臂①内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态。桥臂②和③步骤同上。待组一内所有桥臂都完成以上操作后，组一内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态。组二内三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将桥臂④内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态。桥臂⑤和⑥步骤同上。待组二内所有桥臂都完成以上操作后，组二内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态。组三内三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将桥臂⑦内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态。桥臂⑧和⑨步骤同上。待组三内所有桥臂都完成以上操作后，组三内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态。其中，UsmL2大于子模块驱动板卡工作最低电压Usmmin，根据子模块电容自身放电特性，一般可取UsmL2＝1.2Usmmin。
步骤7：所有子模块将继续通过与其相并联的均压电阻进行缓慢放电，待放电完成后，可采用验电方式校验子模块电容是否已完全放完电。
实施例2
本实施例提供一种低频输电系统停运装置，其由功率调节单元、交流电压幅值降零单元、交流电压降低单元、子模块电容电压降低单元、断路器断开单元、子模块控制单元和校验单元组成，如图5所示。
所述的低频输电系统包含三端交交换频站及低频输电网络。所述的交交换频站从工频侧至低频侧主要设备依次有联接变压器、启动电阻、模块化多电平矩阵变换器等。
功率调节单元：除定低频电压的交交换频站外，其他所有交交换频站将低频侧的有功功率和无功功率均调节至零。
交流电压幅值降零单元：控制低频电压的交交换频站，将低频侧的交流电压幅值逐渐降低至零。
交流电压降低单元：每个交交换频站内，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置，使交交换频阀侧的交流电压降低。
子模块电容电压降低单元：每个交交换频站内，投入冗余子模块，并增大电压调制比，使子模块电容电压降低至UsmL1；
Figure BDA0003587968160000071
式中，N为每个桥臂总子模块个数，包括冗余子模块；Uv为交交换频阀侧的交流电压；
断路器断开单元：闭锁所有交交换频站，断开低频侧交交换频站与低频输电网络相连的低频断路器，断开工频侧联接变压器与工频系统相连的工频断路器，断开与启动电阻相并联的断路器。
子模块控制单元：将与低频侧同一相相连的三个桥臂设为一组，形成多组；完成前五个步骤后，每组内的三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将第一桥臂内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态，第二桥臂和第三桥臂的操作步骤同第一桥臂，待组内所有桥臂都完成以上操作后，组内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态；
所述的UsmL2大于子模块驱动板卡工作最低电压Usmmin，根据子模块电容自身放电特性，一般可取UsmL2＝1.2Usmmin。
校验单元：所有子模块将继续通过与其相并联的均压电阻进行缓慢放电，待放电完成后，采用验电方式校验子模块电容是否已完全放完电。
所述的功率调节单元中，定低频电压的交交换频站低频侧采用定低频交流电压幅值和频率的控制方式，其他交交换频站分为两类，一类与有源交流电网相连，低频侧采用定有功功率和定无功功率的控制方式，直接将有功和无功功率指令设置为零；另一类与无源交流电网相连，该类交交换频站通过断开与工频交流之间的联络，实现功率降为零的目的。
所述的交流电压降低单元中，联接变压器的分接头位于网侧，每一步长调节的电压标幺值设为utap，分接头向上调节的档位设为ntap档，那么，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置时，交交换频阀侧的交流电压Uv为：
Figure BDA0003587968160000081
其中，Us为工频网侧电压，k为联接变压器变比，k>1。
所述的子模块控制单元中，所述的子模块含有T1-T4四个IGBT及其反并联二极管，当T1和T2开通、T3和T4关断或T1和T2关断、T3和T4开通时，子模块处于旁路状态；当T1和T4开通、T2和T3关断时，子模块处于正电压投入状态；当T1和T4关断、T2和T3开通时，子模块处于负电压投入状态；当T1-T4均关断时，子模块处于闭锁状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低频输电系统停运方法，其特征在于，包括：
步骤1：除定低频电压的交交换频站外，其他所有交交换频站将低频侧的有功功率和无功功率均调节至零；
步骤2：控制低频电压的交交换频站，将低频侧的交流电压幅值逐渐降低至零；
步骤3：每个交交换频站内，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置，使交交换频阀侧的交流电压降低；
步骤4：每个交交换频站内，投入冗余子模块，并增大电压调制比，使子模块电容电压降低至UsmL1；
Figure FDA0003587968150000011
式中，N为每个桥臂总子模块个数，包括冗余子模块；Uv为交交换频阀侧的交流电压；
步骤5：闭锁所有交交换频站，断开低频侧交交换频站与低频输电网络相连的低频断路器，断开工频侧联接变压器与工频系统相连的工频断路器，断开与启动电阻相并联的断路器；
步骤6：将与低频侧同一相相连的三个桥臂设为一组，形成多组；完成前五个步骤后，每组内的三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将第一桥臂内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态，第二桥臂和第三桥臂的操作步骤同第一桥臂，待组内所有桥臂都完成以上操作后，组内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态；
所述的UsmL2大于子模块驱动板卡工作最低电压Usmmin；
步骤7：所有子模块将继续通过与其相并联的均压电阻进行缓慢放电，待放电完成后，采用验电方式校验子模块电容是否已完全放完电。
2.根据权利要求1所述的低频输电系统停运方法，其特征在于，所述的步骤1中，定低频电压的交交换频站低频侧采用定低频交流电压幅值和频率的控制方式，其他交交换频站分为两类，一类与有源交流电网相连，低频侧采用定有功功率和定无功功率的控制方式，直接将有功和无功功率指令设置为零；另一类与无源交流电网相连，该类交交换频站通过断开与工频交流之间的联络，实现功率降为零的目的。
3.根据权利要求1所述的低频输电系统停运方法，其特征在于，所述的步骤3中，联接变压器的分接头位于网侧，每一步长调节的电压标幺值设为utap，分接头向上调节的档位设为ntap档，那么，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置时，交交换频阀侧的交流电压Uv为：
Figure FDA0003587968150000021
其中，Us为工频网侧电压，k为联接变压器变比，k>1。
4.根据权利要求1所述的低频输电系统停运方法，其特征在于，所述的步骤6中，所述的子模块含有T1-T4四个IGBT及其反并联二极管，当T1和T2开通、T3和T4关断或T1和T2关断、T3和T4开通时，子模块处于旁路状态；当T1和T4开通、T2和T3关断时，子模块处于正电压投入状态；当T1和T4关断、T2和T3开通时，子模块处于负电压投入状态；当T1-T4均关断时，子模块处于闭锁状态。
5.根据权利要求1所述的低频输电系统停运方法，其特征在于，所述的步骤6中，UsmL2＝1.2Usmmin。
6.一种低频输电系统停运装置，其特征在于，包括：
功率调节单元：除定低频电压的交交换频站外，其他所有交交换频站将低频侧的有功功率和无功功率均调节至零；
交流电压幅值降零单元：控制低频电压的交交换频站，将低频侧的交流电压幅值逐渐降低至零；
交流电压降低单元：每个交交换频站内，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置，使交交换频阀侧的交流电压降低；
子模块电容电压降低单元：每个交交换频站内，投入冗余子模块，并增大电压调制比，使子模块电容电压降低至UsmL1；
Figure FDA0003587968150000031
式中，N为每个桥臂总子模块个数，包括冗余子模块；Uv为交交换频阀侧的交流电压；
断路器断开单元：闭锁所有交交换频站，断开低频侧交交换频站与低频输电网络相连的低频断路器，断开工频侧联接变压器与工频系统相连的工频断路器，断开与启动电阻相并联的断路器；
子模块控制单元：将与低频侧同一相相连的三个桥臂设为一组，形成多组；完成前五个步骤后，每组内的三个桥臂所有子模块从闭锁状态切换为旁路状态，然后，将第一桥臂内所有子模块从旁路状态切换为正电压投入或负电压投入状态，待该桥臂的子模块电容电压降低至UsmL2时，该桥臂所有子模块切回至旁路状态，第二桥臂和第三桥臂的操作步骤同第一桥臂，待组内所有桥臂都完成以上操作后，组内所有子模块从旁路状态切换至闭锁状态；
所述的UsmL2大于子模块驱动板卡工作最低电压Usmmin；
校验单元：所有子模块将继续通过与其相并联的均压电阻进行缓慢放电，待放电完成后，采用验电方式校验子模块电容是否已完全放完电。
7.根据权利要求6所述的低频输电系统停运装置，其特征在于，所述的功率调节单元中，定低频电压的交交换频站低频侧采用定低频交流电压幅值和频率的控制方式，其他交交换频站分为两类，一类与有源交流电网相连，低频侧采用定有功功率和定无功功率的控制方式，直接将有功和无功功率指令设置为零；另一类与无源交流电网相连，该类交交换频站通过断开与工频交流之间的联络，实现功率降为零的目的。
8.根据权利要求6所述的低频输电系统停运装置，其特征在于，所述的交流电压降低单元中，联接变压器的分接头位于网侧，每一步长调节的电压标幺值设为utap，分接头向上调节的档位设为ntap档，那么，将联接变压器的分接头调整至最大变比位置时，交交换频阀侧的交流电压Uv为：
Figure FDA0003587968150000032
其中，Us为工频网侧电压，k为联接变压器变比，k>1。
9.根据权利要求6所述的低频输电系统停运装置，其特征在于，所述的子模块控制单元中，所述的子模块含有T1-T4四个IGBT及其反并联二极管，当T1和T2开通、T3和T4关断或T1和T2关断、T3和T4开通时，子模块处于旁路状态；当T1和T4开通、T2和T3关断时，子模块处于正电压投入状态；当T1和T4关断、T2和T3开通时，子模块处于负电压投入状态；当T1-T4均关断时，子模块处于闭锁状态。
10.根据权利要求6所述的低频输电系统停运装置，其特征在于，所述的子模块控制单元中，UsmL2＝1.2Usmmin。
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