CN204464986U - 一种换流器接地系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种换流器接地系统，所述系统包括直流侧相连的换流器；其中一个所述换流器的交流侧通过一个变压器与电力系统并联；所述一个变压器的阀侧的绕组设有过电压保护装置和接地装置；另一个所述换流器的交流侧通过连接另一个变压器与系统串联；所述另一个变压器的阀侧的绕组设有过电压保护装置和接地装置。本实用新型提供的技术方案根据MMC技术的特点，研究并提出适合统一潮流控制器、可转换静止补偿器、统一电能质量调节器的换流器接地系统。
Description
技术领域：
本实用新型涉及电力电子器件领域，更具体涉及一种换流器接地系统。
背景技术：
电力系统的中性点是指星形连接的变压器(或发电机)的中性点。电力系统中性点接地方式分中性点有效接地方式和中性点非有效接地方式两种。中性点非有效接地方式可分为中性点不接地方式、中性点低电阻接地方式、中性点高电阻接地方式和中性点谐振接地方式。
中性点高电阻接地方式指系统中至少有一根导线或一点经过高电阻接地，系统等值零序电阻不大于系统单相对地分布容抗，且系统接地故障电流小于10A。
中性点低电阻接地方式指系统中至少有一根导线或一点经过低电阻接地，系统等值零序电阻不小于2倍系统等值零序感抗。
中性点谐振接地方式指系统中至少有一根导线或一点经过电感接地，用于补偿系统单相对地故障电流的容性分量。
单个换流器的接地方式通常有三种选择，即
(1)通过直流极线的钳位电阻接地。该接地方案的优点是简单、直接、有效，且成本较低。对于直流输电系统，缺点是通过直流钳位电阻接地后，在直流线路侧正常运行时，钳位电阻是一个长期负载，功率损耗较大。此外，长期运行后电阻器的电阻值偏差会导致直流极线电压偏差。对于统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器等，情况类似。
(2)通过联结变Y绕组经接地电阻接地。其优点是直接利用变压器Y绕组中性点接地，接地设备少；其缺点是完全依靠变压器Y绕组承受故障下直流电压和故障电流，对变压器提出较高要求，当变压器整体容量较大时，其设计制造相对较为困难。而且，这种接地方案需要网侧采用不接地的绕组型式才能起到隔离交直流的作用，在中性点必须接地的交流系统中，还要考虑其他方式的站内接地。
(3)通过电抗器形成中性点经电阻接地。该方案的优点是电抗器分担了故障电流，对联结变压器的压力较小，电抗器还能起到限制短路电流的作用，不足之处是对于高电压等级，并联电抗器本身吸收的无功功率较大，对系统影响可能会较大，且制造成本和体积也会较大。
统一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)由同步电压源换流器构成用于控制与输电线路潮流有关的各种参数，包括电压、有功功率、无功功率、线路阻抗和电压相位的装置。它集中了晶闸管控制串联电容器补偿装置(Thyristor Controlled Series Capacitor，TCSC)、可控串联移相器、电压调节器、静止同步补偿装置(static synchronous compensator，STATCOM)的各种功能和特点。
由于可转换静止补偿器具有很好的灵活性、模块性、可扩展性以及相互转换能力，因此，被认为是第三代灵活交流输电装置。
统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner，UPQC)是集串联型和并联型补偿装置于一体的混合型电能质量控制装置，用于解决配电网中的电压质量问题和电流质量问题，是一种综合治理电能质量问题的装置。其并联单元相当于一个并联于电网的可控电流源，向负载提供所需的谐波电流和无功电流，从而改善网侧功率因数；其串联单元相当于串联于系统与负载之间的可控电压源，实时补偿标称电压与系统实际电压的差，从而为负载提供优质电力。
统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器都有两个换流器，且有相应的变压器，完成隔离和变压等功能。显然，接地方式是统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器等工程中必须首先解决的关键性问题之一，它为整个系统提供参考电位，也是过电压研究、绝缘配合设计的基础，更是系统设计中一个非常重要的环节。
自西门子公司提出模块化多电平换流器拓扑(modular multilevelconverters，MMC)以后，基于MMC技术的换流器首先在直流输电工程中得到了工程应用和推广，MMC技术不需要大量绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)直接串联构成的阀，大大降低了高压大功率换流器的技术难度，从而使MMC技术逐渐在统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器中得到研究和应用。
采用半桥结构的MMC-HVDC直流侧发生短路故障时，全控型开关器件如IGBT所反并联的续流二极管容易构成故障点与交流系统直接连通的能量馈送回路，无法单纯依靠换流器动作完成直流侧故障电流的清除。目前已投运的、采用半桥结构的MMC-HVDC工程大多采用电缆敷设线路，以减少直流故障发生概率，但造价昂贵、经济效益略差。
对于模块化多电平换流器组成的统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器，系统直流侧没有集中布置的电容器，而是采用桥臂各个功率模块中的分布式电容的布置方式。另外，由于现有技术存在无法有效处理MMC换流器直流故障的固有缺陷，如通过MMC换流器的直流侧实现接地，则会增加直流侧发生双极短路故障的概率。
如何根据MMC技术的特点，研究并提出适合统一潮流控制器、可转换静止补偿器、统一电能质量调节器的换流器接地方式，是本申请应解决的问题。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种换流器接地系统，适合统一潮流控制器、可转换静止补偿器、统一电能质量调节器的换流器的接地系统。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种换流器接地系统，所述换流器包括统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器；所述系统包括直流侧相连的换流器；其中一个所述换流器的交流侧通过一个变压器与电力系统并联；所述一个变压器的阀侧的绕组设有过电压保护装置和接地装置；另一个所述换流器的交流侧通过连接另一个变压器与系统串联；所述另一个变压器的阀侧的绕组设有过电压保护装置和接地装置。
本实用新型提供的一种换流器接地系统，所述一个变压器包括电力系统侧采用三角形接法的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法的绕组的星形中性点引出。
本实用新型提供的一种换流器接地系统，所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA1进行过电压保护；接地装置JD1与隔离刀闸DS1串联后与所述MOA1并联。
本实用新型提供的另一优选的一种换流器接地系统，所述另一个变压器包括电力系统侧各自独立的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法的绕组的星形中性点引出。
本实用新型提供的再一优选的一种换流器接地系统，所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA2进行过电压保护；接地装置JD2与隔离刀闸DS2串联后与所述MOA2并联。
本实用新型提供的又一优选的一种换流器接地系统，所述另一个变压器设有采用三角形接法的第三绕组。
本实用新型提供的又一优选的一种换流器接地系统，当所述接地系统通过作为可转换静止补偿器的接地系统实现双静止同步补偿装置运行方式时，所述另一个变压器与所述电力系统并联；所述另一个变压器包括电力系统侧采用三角形接法的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法的绕组的星形中性点引出；所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA3进行过电压保护；接地装置JD3与隔离刀闸DS3串联后与MOA3并联。
本实用新型提供的又一优选的一种换流器接地系统，当所述接地系统通过作为可转换静止补偿器的接地系统实现双静止同步串联补偿装置运行方式时，所述一个变压器与所述电力系统串联；所述一个变压器包括电力系统侧各自独立的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法时的绕组中性点引出；所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA4进行过电压保护；接地装置JD4与隔离刀闸DS4串联后与所述MOA4并联。
本实用新型提供的又一优选的一种换流器接地系统，当所述一个换流器和另一个换流器联合运行时，所述接地系统通过接地装置实现接地，并提供参考电位。
本实用新型提供的又一优选的一种换流器接地系统，当所述一个换流器和另一个换流器各自独立运行时，所述一个换流器通过其对应的接地装置实现接地，并提供参考电位；所述另一个换流器通过其对应的接地装置实现接地，并提供参考电位。
和最接近的现有技术比，本实用新型提供技术方案具有以下优异效果
1、本实用新型提供的技术方案所提出的接地方式适应性强，可适用统一潮流控制器、可转换静止补偿器、统一电能质量调节器等；
2、本实用新型提供的技术方案的接地装置JD配有相应的隔离刀闸DS，方便接地装置JD的投入和退出，根据上述不同装置换流器的运行方式，方便地实现灵活的接地方式各种组合；
3、本实用新型提供的技术方案的金属氧化物避雷器MOA直接和变压器中性点相连接，不管隔离刀闸DS是否合闸，变压器中性点始终可受到金属氧化物避雷器MOA的保护；
4、本实用新型提供的技术方案有效地避免通过直流钳位电阻实现接地，不增加直流侧发生双极短路故障的概率；
5、本实用新型提供的技术方案有效地避免和通过电抗器形成中性点经接地装置接地，使相应的设备减少，占地也相应减少
6、本实用新型提供的技术方案采用一个接地点，避免通过多个接地点形成一个零序通路，从而会有零序电流，三相三线制换流器要消除零序电流需要额外的控制手段所带来的各种困难。
附图说明
图1为本实用新型提供的技术方案的统一潮流控制器的换流器接地方式示意图；
图2为本实用新型提供的技术方案的接地装置示意图；
图3为本实用新型提供的技术方案的统一潮流控制器串联侧有第三绕组时的接地方式示意图；
图4为本实用新型提供的技术方案的可转换静止补偿器作为双静止同步补偿装置运行时的接地方式示意图；
图5为本实用新型提供的技术方案的可转换静止补偿器作为双静止同步串联补偿装置运行时的接地方式示意图；
图6为本实用新型提供的技术方案的统一潮流控制器的换流器接地方式时的等效零序通路示意图；
图7为本实用新型提供的技术方案的换流器1和换流器2联合运行时通过JD1接地示意图；
图8为本实用新型提供的技术方案的换流器1和换流器2联合运行时通过JD2接地示意图；
图9为本实用新型提供的技术方案的换流器1和换流器2各自独立运行时通过JD1和JD2接地示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对实用新型作进一步的详细说明。
实施例1：
本例的实用新型的技术方案针对半桥结构的MMC换流器的特点和要求，以统一潮流控制器为例，提出了可适用统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器的接地系统，如附图1中所示。其中，换流器1的直流侧和换流器2的直流侧相连。换流器1/换流器2可以是MMC的换流器、H桥级联的换流器、飞跨电容的换流器、二极管钳位的换流器。换流器1的交流侧通过并联变压器T1与系统并联连接，并联变压器T1只有两个绕组，并联变压器T1系统侧的绕组采用三角形接法，并联变压器T1阀侧的绕组采用星形接法。并联变压器T1星形中性点引出，中性点通过金属氧化物避雷器MOA1进行过电压保护。接地装置JD1与隔离刀闸DS1串联后与MOA1并联。换流器2的交流侧通过串联变压器T2与系统串联连接，串联变压器T2的系统侧绕组各自独立，串联变压器T2的阀侧绕组采用星形接法。串联变压器T2星形中性点引出，中性点通过金属氧化物避雷器MOA2进行过电压保护。接地装置JD2与隔离刀闸DS2串联后与MOA2并联。需要说明的是，实际工程实施时，会有许多隔离刀闸、断路器、电流测量设备、电压测量设备。这里没有画出这些设备，不表示工程实际实施时，不存在这些设备。
输电线路的每相对地都有电容电流，因此，中性点接地有时采用中性点谐振接地方式，用于补偿系统单相对地故障电流的容性分量。换流器1/换流器2也存在对地的杂散电容，但与线路相比较，要小许多，因此，不需要采用中性点谐振接地方式。附图5中的接地装置JD1/JD2可以通过电阻接地，如附图2的a)中所示，也可以直接接地，如附图2的b)中所示。如采用直接接地，且相应的隔离刀闸DS1/DS2一直处于合闸状态，则相应的金属氧化物避雷器MOA1/MOA2可省略。
如附图1中所示，串联变压器T2的系统侧绕组各自独立，阀侧采用星型接地，零序分量没有相应的通路，可能会对变压器的设计带来一些困难。可增加变压器的第三绕组，并采用三角形接法，相应的接地方式如附图3中所示。
可转换静止补偿器通过适当的隔离刀闸切换和备用的变压器转换成双静止同步补偿装置(static synchronous compensator，STATCOM)运行方式。静止同步补偿装置由并联接入系统的电压源换流器构成，能够发出或吸收无功功率的静止型同步无功电源。通过改变其输出可以对电力系统的某些参数(如电压)进行控制。曾被称为新型静止无功补偿装置(ASVC)、无功发生器(SVG)、静止调相机(STATCON)等。转换成双STATCOM方式时的接地方式如附图4中所示。需要指出的是并联变压器T3属于备用的变压器。并联变压器T3为两绕组变压器，并联变压器T3系统侧的绕组采用三角形接法，并联变压器T3阀侧的绕组采用星形接法。并联变压器T3星形中性点引出，中性点通过金属氧化物避雷器MOA2进行过电压保护。接地装置JD2与隔离刀闸DS2串联后与MOA2并联。需要指出的是，也可以采用全新的金属氧化物避雷器MOA3、接地装置JD3与隔离刀闸DS3与并联变压器T3相连接。
可转换静止补偿器通过适当的隔离刀闸切换和备用的变压器转换成双静止同步串联补偿装置(static series synchronous compensator，SSSC或S3C)运行方式。静止同步串联补偿装置与系统串联，基于可关断电力电子器件组成的电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)，能够注入一个与线路电流成适当相角电压的静止型同步无功电源。通过改变其输出电压，可改变该输电线路的等效阻抗，从而实现阻尼功率振荡、抑制次同步振荡、提高暂态稳定性等控制目标。转换成双SSSC方式时的接地方式如附图5中所示。换流器2的交流侧通过串联变压器T4与系统串联连接，串联变压器T4的系统侧绕组各自独立，串联变压器T4的阀侧绕组采用星形接法。串联变压器T4星形中性点引出，中性点通过金属氧化物避雷器MOA4进行过电压保护。接地装置JD4与隔离刀闸DS4串联后与MOA4并联。需要指出的是，也采用原来的金属氧化物避雷器MOA1、接地装置JD1与隔离刀闸DS1与并联变压器T4相连接。
附图6给出了UPFC串联变压器和并联变压器都接地时的等效零序通路。由于各种原因，换流器的输出电压中通常有零序分量(如附图6中的等效零序电压分量u0)，在共用直流母线的情况下，如果通过接地点形成一个零序通路，则会有零序电流(如附图6中的零序电流i0)。三相三线制换流器要消除零序电流，可能会有不少困难，需要进行大量的深入研究和分析。同时，稳态运行时有零序电流长期流通，将增加接地装置的稳态运行容量。因此，当换流器1和换流器2联合运行时，宜只有一个接地点。
附图7给出了换流器1和换流器2联合运行时通过接地装置JD1实现接地，并提供参考电位，附图8给出了换流器1和换流器2联合运行时通过接地装置JD2实现接地，并提供参考电位，附图9给出了换流器1和换流器2各自独立运行时，换流器1通过接地装置JD1实现接地，并提供参考电位，换流器2通过接地装置JD2实现接地，并提供参考电位。
对于可转换静止补偿器和统一电能质量调节器，情况类似，不再一一阐述。
其中，统一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)概括起来主要有：
(1)控制线路潮流，独立地分别控制线路有功功率与无功功率；
(2)提高系统的动态和暂态稳定性，提高输送能力；
(3)调节系统运行电压和无功平衡条件，提高系统电压稳定性；
(4)阻尼低频振荡和系统摇摆；
(5)UPFC缺点是单位容量造价偏高。
可转换静止补偿器(Convertible Static Compensator，CSC)由多个同步电压源换流器构成，可以同时控制二条以上线路潮流(有功功率、无功功率)、电压、阻抗和相角，并能实现线路之间功率转换的装置。可转换静止补偿器通常具有下列功能：
(1)静止同步补偿装置(Static Synchronous Compensator，STATCOM)的并联无功补偿功能；
(2)静止同步串联补偿装置(static series synchronous compensator，SSSC)的串联补偿功能；
(3)统一潮流控制器(UPFC)功能；
(4)控制二条线路以上潮流的线间潮流控制(Interline Power Flow Control，IPFC)功能；
(5)上述4种功能的任何组合，并相互转换。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种换流器接地系统，所述换流器包括统一潮流控制器、可转换静止补偿器和统一电能质量调节器；其特征在于：所述系统包括直流侧相连的换流器；其中一个所述换流器的交流侧通过一个变压器与电力系统并联；所述一个变压器的阀侧的绕组设有过电压保护装置和接地装置；另一个所述换流器的交流侧通过连接另一个变压器与系统串联；所述另一个变压器的阀侧的绕组设有过电压保护装置和接地装置。
2.如权利要求1所述的一种换流器接地系统，其特征在于：所述一个变压器包括电力系统侧采用三角形接法的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法的绕组的星形中性点引出。
3.如权利要求2所述的一种换流器接地系统，其特征在于：所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA1进行过电压保护；接地装置JD1与隔离刀闸DS1串联后与所述MOA1并联。
4.如权利要求1所述的一种换流器接地系统，其特征在于：所述另一个变压器包括电力系统侧各自独立的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法的绕组的星形中性点引出。
5.如权利要求4所述的一种换流器接地系统，其特征在于：所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA2进行过电压保护；接地装置JD2与隔离刀闸DS2串联后与所述MOA2并联。
6.如权利要求5所述的一种换流器接地系统，其特征在于：所述另一个变压器设有采用三角形接法的第三绕组。
7.如权利要求5所述的一种换流器接地系统，其特征在于：当所述接地系统通过作为可转换静止补偿器的接地系统实现双静止同步补偿装置运行方式时，所述另一个变压器与所述电力系统并联；所述另一个变压器包括电力系统侧采用三角形接法的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法的绕组的星形中性点引出；所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA3进行过电压保护；接地装置JD3与隔离刀闸DS3串联后与MOA3并联。
8.如权利要求3所述的一种换流器接地系统，其特征在于：当所述接地系统通过作为可转换静止补偿器的接地系统实现双静止同步串联补偿装置运行方式时，所述一个变压器与所述电力系统串联；所述一个变压器包括电力系统侧各自独立的绕组和阀侧采用星形接法的绕组；所述阀侧采用星形接法时的绕组中性点引出；所述中性点通过金属氧化物避雷器MOA4进行过电压保护；接地装置JD4与隔离刀闸DS4串联后与所述MOA4并联。
9.如权利要求1所述的一种换流器接地系统，其特征在于：当所述一个换流器和另一个换流器联合运行时，所述接地系统通过一个接地装置实现接地，并提供参考电位。
10.如权利要求1所述的一种换流器接地系统，其特征在于：当所述一个换流器和另一个换流器各自独立运行时，所述一个换流器通过其对应的接地装置实现接地，并提供参考电位；所述另一个换流器通过其对应的接地装置实现接地，并提供参考电位。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107453326A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-12-08 | 全球能源互联网研究院 | 一种接地变压器的保护装置及微电网 |
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2015
- 2015-04-09 CN CN201520209172.XU patent/CN204464986U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107453326A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-12-08 | 全球能源互联网研究院 | 一种接地变压器的保护装置及微电网 |
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