CN202840533U - 一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，包括：N组直流母线区和N条直流输电线路；每组直流母线区包括互为备用的直流母线和旁路直流母线；直流母线区与直流输电线路间隔相连，组成闭环形配电网；每组直流母线区中，直流母线与旁路直流母线之间通过直流母联开关以及隔离开关相互连接；每组直流母线区均连接有用户逆变站、交流系统整流站、正PT和副PT。本实用新型提供的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，解决了现有技术中点对点的柔性直流配电网存在的接口点不能满足需求的技术问题，并且为每条直流母线提供备用的旁路直流母线，在直流母线及其上的设备需要检修时，可以正常供电。

Description

一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站。

背景技术

随着电力电子器件和控制技术的发展，出现了新型的半导体器件—绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）在低电压系统的应用，使得IGBT作为开关器件的电压源换流器（Voltage-Sourced Converter，VSC），随后在工业驱动装置上得到广泛应用，再经过随后的IGBT器件的电压和容量多次升级后，使得采用绝缘栅双极晶体管构成的电压源换流器在直流输配电网中应用成为现实。

在直流输配电网应用中换流器采用IGBT阀和两电平（或多电平）三相机构，并使用脉宽调制技术（Pulse Width Modulation，PWM）控制IGBT阀的开断状况，具备上述功能后使得由其构成的直流配电网系统在许多方面不同于常规的直流输配电，可以克服常规的直流输配电中呈现的多类问题。这种新型的直流输配电技术，简称为“柔性直流（High Voltage Direct Current Flexible，HVDC-Flexible）”。目前的柔性直流输电系统均以点对点为主，如图1所示。

柔性直流（HVDC-Flexible）是从常规直流输配电技术发展而来，优点均为其常规直流输配电的优点，例如：柔性直流输配电线路相比于目前运行中交流输配电网线路要少一根导线，使其线路成本低，损耗小，节约了输配电线路大量走廊通道；柔性直流配电网系统为了实现较少故障率，一般采用电缆作为配电网系统通道，电缆的输送容量大、损耗小、使用周期长、输送距离不受限制；柔性直流配电网系统采用电缆作为输配电通道，一般在地下使用直埋技术，工程成本低、工期短，还减少对环境的影响；另外，柔性直流配电网系统稳定强；柔性直流配电网系统可以实现非同步系统的互联；柔性直流配电网系统所输送的有功功率和无功功率可以快速独立控制；柔性直流配电网系统较好地分期建设、扩展性好；事故后快速恢复供电和黑启动；可以向无源电网供电等等。

但是，目前投运的柔性直流输电系统大多为双端系统，仅能实现点对点的直流功率转送。当有多回交流系统馈入时需要采取直流互联，需要多条直流输电线路；另外，有多用户，多再生能源（如风能、太阳能等）馈入时，该柔性直流输电系统的接口点不能满足需求。

另外，当直流母线（含直流母线上的PT等设备）需要检修时，与该直流母线连接的电气元件必须停电，这将导致该柔性直流的配电网系统的供电可靠性大大降低。

实用新型内容

为了解决目前投运的柔性直流配电网系统的接口点不能满足供电需求，以及在直流母线（含直流母线上的PT等设备）需要检修时，与该直流母线连接的电气元件必须停电导致该柔性直流的配电网系统的供电可靠性大大降低的技术问题，本实用新型提供一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其可以为电压稳定提供支撑，提高电压质量，并且在直流母线需要检修时，保证正常供电。

本实用新型提供的一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，包括：

N组直流母线区和N条直流输电线路；N为大于等于3的自然数；

所述每组直流母线区包括互为备用的直流母线和旁路直流母线；

所述直流母线区与直流输电线路间隔相连，组成闭环形配电网； 

所述每组直流母线区中，直流母线与旁路直流母线之间通过直流母联开关以及隔离开关相互连接；

所述每组直流母线区均连接有用户逆变站、交流系统整流站、正PT和副PT。

其中，所述每组直流母线区连接的交流系统整流站中，至少一个交流系统整流站作为用于控制直流电压的调压站。

其中，所述每组直流母线区中，所述用户逆变站连接一直流开关，再通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

其中，所述每组直流母线区中，所述交流系统整流站连接直流母线，所述交流系统整流站连接一直流开关，再通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

其中，所述每组直流母线区中，所述正PT通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

其中，所述每组直流母线区中，所述副PT通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

其中，所述每组直流母线区中的直流母线与旁路直流母线通过一直流母联开关和两个隔离开关相互连接。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型提供的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其通过闭环形设计，解决了现有技术中点对点的柔性直流配电网存在的接口点不能满足需求的技术问题，并且为每条直流母线提供备用的旁路直流母线，在直流母线及其上的设备需要检修时，可以正常供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的点对点柔性直流输电系统的示意图；

图2为本实用新型提供的柔性直流闭环形配电网系统换流站的结构示意图；

图3为本实用新型提供的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，包括：

N组直流母线区和N条直流输电线路；N为大于等于3的自然数；

所述每组直流母线区包括互为备用的直流母线和旁路直流母线；

所述直流母线区与直流输电线路间隔相连，组成闭环形配电网； 

所述每组直流母线区中，直流母线与旁路直流母线之间通过直流母联开关以及隔离开关相互连接；

所述每组直流母线区均连接有用户逆变站、交流系统整流站、正PT和副PT。所述每组直流母线区连接的交流系统整流站中，至少一个交流系统整流站作为用于控制直流电压的调压站。

所述每组直流母线区中，所述用户逆变站连接一直流开关，再通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。所述交流系统整流站连接直流母线，所述交流系统整流站连接一直流开关，再通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。所述正PT通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。所述每组直流母线区中，所述副PT通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。所述每组直流母线区中的直流母线与旁路直流母线通过一直流母联开关和两个隔离开关相互连接。

以下将举例详细说明本实用新型提供的一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站的具体结构。

首先请参见图2，为本实用新型提供的柔性直流闭环形配电网系统换流站的结构示意图，该实施例为尚未为直流母线配置旁路直流母线的示意图。

图2所示的柔性直流的闭环形配电网系统换流站，其是以3条直流母线和3条直流输电线路构成“手拉手”的闭环形配电网进行说明的。

具体的，图2所示的基于柔性直流的闭环形配电网系统包括：

3条直流母线，分别是：直流母线1、直流母线2、直流母线3；3条直流输电线路，分别是直流输电线路1、直流输电线路2、直流输电线路3；

该闭环形配电网系统还至少包括：6台直流开关（QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6），当然视具体情况，每条直流输电线路上设置的直流开关可以不止两个；至少包括3台交流系统整流站(或调压站)，分别为交流系统整流站(或调压站)1、交流系统整流站(或调压站)2、交流系统整流站(或调压站)3；

另外，各直流母线上有M台用户逆变站，具体的：直流母线1上有用户逆变站1-1…1- m；直流母线2上有用户逆变站2-1… 2-n；直流母线3上有用户逆变站3-1… 3-m；

该闭环形配电网系统中各个部件的作用如下：

直流母线1、直流母线2、直流母线3的作用主要通过直流输电线路构成“手拉手”的闭环形配电网，同时连接各交流系统整流站(或调压站)，起到汇集电能的作用。

直流输电线路1、直流输电线路2、直流输电线路3的作用将各条直流母线1、直流母线2、直流母线3连接在一起，实现电能输送和电能均匀分配。

直流输电线路上设置的直流开关（QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6）作用主要当各条直流输电线路（1、2、3）有故障时跳闸将故障点进行隔离.

如图2中直流输电线路1上d点故障，该直流输电线路1的保护动作跳开两侧的直流开关（QF1、QF2），即可实现故障隔离。

直流母线上设置的各台用户逆变站作用主要将直流电能通过逆变技术逆变成用户所需要的交流电供给使用。

交流系统整流站(或调压站) 主要作用是将交流系统的电能通过整流技术整流成直流电能，汇入柔性直流的闭环形配电网系统，实现电能分配；在柔性直流的闭环形配电网系统至少有1个交流系统整流站充当调压站，作用主要是控制直流电压，起到平衡系统直流电压功能。

交流系统1、交流系统2、交流系统3的主要作用提供电能。

需要说明的是，直流母线和直流输电线路的条数还可以是4、5、6、7等其他数量；每条直流母线上的交流系统整流站（调压站）、交流系统、以及用户逆变器的数量也可以进行灵活的设置；每条直流输电线路上的直流开关数量也可以设置成不同的数值。

图2所示的柔性直流闭环形配电网系统换流站其主要特点是利用直流母线作为汇总及输送电能的环节，可以解决多用户、多再生能源（如风能、太阳能等）馈入时接口点需求，也具有增强提高供电可靠性等多方面的优点，为了避免当直流母线（含母线上的PT等其它设备）检修时，与该直流母线连接的电气元件必须停电所导致的供电不可靠的问题，具体的，如图2所示虚线框内直流母线1，含直流母线1上的PT（Potential transformer，电压互感器）等其它设备在检修时，需要停运该条直流母线上的直流输电线路1、直流输电线路3、交流系统整流站(或调压站)1及该段直流母线1上所涉及的用户逆变站所导致的供电不可靠的问题，本实用新型进一步提供一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站。

参见图3，为本实用新型提供的本实用新型提供的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站实施例的结构示意图。

本实施例中以3条直流母线和3条旁路直流母线组成3组直流母线区为例进行说明。为了便于理解，本实施例中以图2中虚线框中的直流母线1配置旁路直流母线1组成直流母线区1进行说明，其他直流母线区设置与此相同。

图3中直流母线区1包括直流母线1；旁路直流母线1；隔离开关（1G、2G、3G、4G、5G、6G）；正PT；副PT；g1、g2、g3、g4分别为直流母线正PT和旁路直流母线副PT的隔离开关；直流母联开关。

图3中所示的各元件的作用如下：

直流母线1作用主要在直流输电线路正常运行时联络交流系统整流站(或用户逆变站)，起到汇集电能的作用；

旁路直流母线1作用主要是在图3中直流母线需要1检修时（含直流母线1上的正PT等其它设备），但与直流母线1连接的直流输电线路1需要正常运行时，联络交流系统整流站(或用户逆变站)，起到汇集电能的作用

隔离开关（1G、2G、3G、4G、5G、6G）主要作用是将直流母线1的负荷倒向旁路直流母线1；或将旁路直流母线1的负荷倒向直流母线1，同时起带电部位与不带电部位隔离作用；

正PT、副PT是分别将直流母线1、旁路直流母线1的一次高电压按照要求转换为二次保护需要的低电压，供保护装置测量用。g1、g2、g3、g4分别为直流母线1、旁路直流母线1的隔离开关，作用也是将直流母线1的负荷倒向旁路直流母线1；或将旁路直流母线1的负荷倒向直流母线1，同时起带电部位与不带电部位隔离作用；

直流母联开关用于联络直流母线1和旁路直流母线2。

本实用新型提供的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站的正常运行方式如下：

交流系统整流站侧4G隔离开关合上挂直流母线1上；用户逆变站1G隔离开关合上挂直流母线上；直流母联开关处于断开位置；正PT的 g1隔离开关合上，靠直流母线1汇集和输送电能。

直流开关1、直流开关2分别在故障时将交流系统侧负荷和用户负荷断开，起到隔离作用。

当直流母线1修要检修，负荷倒在旁路直流母线2上运行操作步骤如下：

1、合上直流母联开关和隔离开关5G、6G；

2、合上副PT的隔离开关 g4；

3、合上直流母联开关；

4、合上隔离开关2G；

5、拉开隔离开关1G；

6、合上隔离开关3G；

7、拉开隔离开关4G；

8、断开直流母联开关；

9、拉开隔离开关5G、 6G；

10、拉开正PT的隔离开关 g1。

恢复直流母线1运行操作步骤如下：

1、合上正PT 的隔离开关 g1；

2、合上隔离开关6G；

3、合上隔离开关5G；

4、合上直流母联开关；

5、合上隔离开关1G；

6、拉开隔离开关2G；

7、合上隔离开关4G；

8、拉开隔离开关3G；

9、断开直流母联开关；

10、拉开隔离开关5G、 6G及拉开副PT的隔离开关 g4。

实施本实用新型，具有如下有一效果：

第一，本实用新型的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，可以解决目前在柔性直流输电中采用点对点的直流功率转送薄弱的问题。

第二，本实用新型的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，可以解决目前交流供点电压质量差问题。具体的，本实用新型采用柔性直流的闭环形配电网系统至少有1个交流系统整流站充当调压站，作用主要是控制直流电压，起到平衡系统直流电压功能，提高电压质量。

第三，本实用新型的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，可以解决输电通道走廊紧张局面的技术问题。具体的，本实用新型采用柔性直流的闭环形配电网系统，主要用于比较集中的城市，在直流输电线路采用直流电缆输电，只需要两条输电通道，节约了一条输电通道（如有三条输电线路就可以减少3条输电通道），另外还不受输电走廊的制约，便于扩容。另外，在本实用新型提供的基于柔性直流的闭环形配电网系统的直流输电线路两端不需要安装任何整流站和逆变站，节约成本。

第四，本实用新型提供的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，可以解决如图2中所示虚线框内直流母线区1、2、3（含母线上的PT等其它设备）检修时，与该直流母线连接的电气元件必须停电问题。通过采用倒在旁路直流母线上运行，实现与该直流母线连接的电气元件不必停电，继续运行，提高供电可靠性。

值得注意的是，本实用新型描述的是带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站的一种产品形式，其它满足本实用新型所述结构的产品，即使材质、器件名称、外观、器件摆放顺序等不影响产品特性的因素不相同，仍然属于本实用新型保护的范围。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其特征在于，包括：

N组直流母线区和N条直流输电线路；N为大于等于3的自然数；

所述每组直流母线区包括互为备用的直流母线和旁路直流母线；

所述直流母线区与直流输电线路间隔相连，组成闭环形配电网； 

所述每组直流母线区中，直流母线与旁路直流母线之间通过直流母联开关以及隔离开关相互连接；

所述每组直流母线区均连接有用户逆变站、交流系统整流站、正电压互感器PT和副电压互感器PT。

2.如权利要求1所述的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其特征在于，所述每组直流母线区连接的交流系统整流站中，至少一个交流系统整流站作为用于控制直流电压的调压站。

3.如权利要求2所述的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其特征在于，所述每组直流母线区中，所述用户逆变站连接一直流开关，再通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

4.如权利要求3所述的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其特征在于，所述每组直流母线区中，所述交流系统整流站连接直流母线，所述交流系统整流站连接一直流开关，再通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

5.如权利要求4所述的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其特征在于，所述每组直流母线区中，所述正PT通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

6.如权利要求5所述的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其特征在于，所述每组直流母线区中，所述副PT通过两个隔离开关分别与该组直流母线区中的直流母线和旁路直流母线连接。

7.如权利要求6所述的带旁路直流母线的柔性直流闭环形配电网系统换流站，其特征在于，所述每组直流母线区中的直流母线与旁路直流母线通过一直流母联开关和两个隔离开关相互连接。

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