CN206340980U - 高速开关及换流站 - Google Patents
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Abstract
提供了一种高速开关及换流站。该高速开关包括：第一端，该第一端用于连接到AC/DC换流器的DC侧；第二端，该第二端用于连接到DC输电线；主开关；以及预插入开关，该预插入开关用于选择性地激活在第一端与第二端之间的导电路径中的预插入电阻器，从而增大第一端与第二端之间的电阻。
Description
技术领域
本发明涉及包括预插入电阻器的高速开关和关联的换流站。
背景技术
高压直流(HVDC)线路越来越多地用于低损耗输电中。对于HVDC线路，换流站可以被提供在任一侧上，用于向交流(AC)输电网和从交流(AC)输电网换流。各换流站包括AC/DC(直流)换流器和DC侧上的高速开关(HSS)。
偶尔，接地故障可能发生在HVDC线路的输电线上，在该故障点处，HSS断开(即，被设置为非导电状态)。在隔离之后，如果故障为暂时故障，则AC/DC换流器准备重启，架空线输电经常是这种情况。
作为重启过程的一部分，需要闭合HSS(即，被设置为导电状态)，在闭合HSS之后，输电线上的电能传输可以继续。然而，当在DC故障之后的重启期间闭合HSS时，因为无法完美地控制两侧之间的闭合时间，所以电压反射经常发生在输电线或电缆的尽头。输电线或电缆的波阻抗显著低于尽头的接近无限的波阻抗。因此，电压反射在一些情况下可能达到系统DC电压的差不多两倍。
发明内容
目的是降低在闭合输电线的任一侧上的高速开关时的过电压。
根据第一方面，提供了一种高速开关，该高速开关包括：第一端，该第一端用于连接到AC/DC换流器的DC侧；第二端，该第二端用于连接到DC输电线；主开关；以及预插入开关，该预插入开关用于选择性地激活在所述第一端与所述第二端之间的导电路径中的预插入电阻器，从而增大所述第一端与所述第二端之间的电阻。
高速开关还可以包括与所述主开关并联提供的的预插入串，所述预插入串包括所述预插入电阻器与所述预插入开关的串联连接。
高速开关还可以被配置为：在闭合过程中，首先闭合所述预插入开关，其后闭合所述主开关。
高速开关还可以被配置为：在所述闭合过程中，在闭合所述主开关之后断开所述预插入开关。
高速开关还可以包括预插入部，该预插入部包括所述预插入开关和所述预插入电阻器的并联连接，其中，所述预插入部被提供为与所述主开关串联。
高速开关还可以被配置为：在闭合过程中，首先在保持所述预插入开关断开的同时闭合所述主开关，其后闭合所述预插入开关。
根据第二方面，提供了一种换流站，该换流站包括高压AC/DC换流器和根据第一方面的高速开关。
这些实施例将线路终端处的反射期间的过电压水平大大降低至甚至可以低于电涌放电器的防护水平的水平，这对于线路和连接到线路的大多数组件大有益处。
通常，权利要求中所用的所有术语要根据它们在本技术领域中的普通含义来解释，除非这里另外明确定义。所有对“一/一个元件、装置、组件、部件、步骤等”的引用要开放地解释为提及元件、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例，除非另外明确叙述。这里所公开的任意方法的步骤不必以所公开的确切顺序来执行，除非明确叙述。
附图说明
现在参照附图用示例的方式描述本发明，附图中：
图1是图示了可以应用这里所提出的实施例的HVDC安装的示意图；
图2A-图2B是图示了图1的高速开关的实施例的示意图；以及
图3A-图3D是图示了各种场景中架空线重新连接期间的电压反射的示意曲线图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中，示出了本发明的特定实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来具体实施，并且不应被解释为限于这里所阐述的实施例；相反，这些实施例用示例的方式来提供，使得本公开将深入且完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。同样的附图标记贯穿说明书提及同样的元件。
图1是图示了可以应用这里所提出的实施例的HVDC安装的示意图。
AC网络10分别经由第一换流变压器11a和第二换流变压器11b连接到换流站。
换流站5包括第一AC/DC换流器12a、第一高速开关(HSS)20a、第二AC/DC换流器12b以及第二HSS 20c。
AC/DC换流器12a-b例如可以为电压源换流器(VSC)的形式，诸如模块化多级换流器(M2C)。换流器然后包括若干串联连接的换流器单元，其中，各换流器单元可以为半桥单元、全桥单元或任意其他合适的单元结构。通过串联放置若干换流器单元，可以支持高压应用。而且，可以降低各换流器单元的切换频率，从而降低切换损耗。
AC/DC换流器12a-b可以经由中性线连接，并且可以连接到中性电极15。
第一HSS 20a通过第一输电线17a连接到第三HSS 20b。可以存在也被提供在第一输电线17a(或输电缆)的任一侧上的第一电涌放电器21a和第二电涌放电器21b。
类似地，第二HSS 20c通过第二输电线17b连接到第四HSS 20d。可以存在也被提供在第二输电线17b(或输电缆)的任一侧上的第三电涌放电器21c和第四电涌放电器21d。
在第三和第四HSS 20b、20d的另一侧上，可以存在其他的换流器和AC输电网等，但这对于说明这里提出的实施例不需要，由此为清楚起见而不示出。
故障有时发生在输电线17a-b上。特别是对于架空线，接地故障不是完全不常见的。现在将描述接地故障发生在第一输电线17a上时的示例。当接地故障发生在第一输电线17a上时，应阻止故障传播到系统的其他部分。因此，第一换流器12a在其两个AC侧(朝向AC网络10)和其DC侧(朝向第一输电线17a)上被阻断并隔离。在DC侧上，这受到断开第一HSS20a的影响。同样地，在故障第一输电线17a的另一侧上断开第三HSS 20b。
一旦清除接地故障，则需要重启系统，以再次达到运行状态。架空输电线中的接地故障本质上常常是暂时的，并且这种重启可能在故障发生不久之后发生。
为了供给输电线17a能量，需要闭合第一HSS 20a和第三HSS 20b。实际上，不可能在完全一样的时间点闭合第一HSS 20a和第三HSS 20b。如果第一HSS 20a闭合而第三HSS20b仍然断开，则来自第一换流器12a的电压波将到达第二电涌放电器21b点并被反射。该过电压对于输电线和连接到输电线的组件是有害的。
在现有技术中，没有避免半桥不对称单极或不对称双极VSC换流器中的该过电压的良好解决方案，电涌放电器21a-b可以用于该目的，但由于过电压的大小，所以这对电涌放电器尺寸寄予非常大的要求。而且，放电器通常仅可以将过电压限于系统电压的大约1.7倍。
根据这里提出的实施例，HSS被提供有集成预插入电阻器以在连接时降低初始过电压。
图2A-图2B是图示了图1的高速开关20a-d(这里由单个HSS 20来表示)的实施例的示意图。将首先描述图2A的实施例。
HSS 20包括用于连接到AC/DC换流器12a-b的DC侧的第一端30、用于连接到DC输电线17a-b的第二端31以及主开关(32)。另外，预插入串35被提供为与主开关32并联。预插入串35在这里仅为描述图2A的实施例的语言上的构造，并且包括预插入电阻器34和预插入开关33的串联连接。
在闭合过程中(例如，在图1的系统的重启(或启动)的开始期间)，首先闭合预插入开关33(而主开关32断开)。这样，穿过HSS 20的电流被强迫穿过预插入电阻器34。一旦过电压降低，则主开关32可以闭合，在主开关32闭合之后，预插入开关33可以断开。一旦闭合主开关32，则跨预插入开关33没有显著的电压，借此，预插入开关33可以在没有或具有最小电弧的情况下断开。
该HSS 20可以安装在任意合适的HVDC系统中。比如，HSS可以被提供为不对称单极或不对称双极半桥VSC的一部分。
现在看向图2B的实施例，这里存在包括预插入开关33和预插入电阻器34的并联连接的预插入部36。预插入部36在这里仅为描述图2B的实施例的语言上的构造，并且被提供为与主开关32串联。
在闭合过程中，首先在保持预插入开关33断开的同时闭合主开关32。这迫使穿过HSS 20的任意电流穿过预插入电阻器34。一旦过电压降低，则可以闭合预插入开关33，这有效地绕开预插入电阻器34。
HSS 20的其他实施例是可能的，只要该实施例具有选择性插入和去除穿过HSS的电流路径中的预插入电阻器的可能性即可。
图3A-图3D是图示了各种场景中架空线重新连接期间的电压反射的示意曲线图。在这些曲线图的全部中，水平轴代表时间，而竖直轴代表电压(单位为kV)。
图3A是代表在HSS中没有预插入电阻器(PIR)的情况下在架空线重新连接到640kV换流器期间的电压反射的示意曲线图。在该示例中，输电线为60km架空线。
图3B是代表在HSS中具有PIR的情况下在架空线重新连接到640kV换流器期间的电压反射的示意曲线图。与图3A的示例相同，输电线为60km架空线。通过比较图3A和图3B，可以看到，具有PIR的实施例的最大电压被减小20％。
图3C是代表在HSS中没有预插入电阻器的情况下在架空线重新连接到640kV换流器期间的电压反射的示意曲线图。在该示例中，输电线为1000km架空线。
图3D是代表在HSS中具有PIR的情况下在架空线重新连接到640kV换流器期间的电压反射的示意曲线图。与图3C的示例相同，输电线为1000km架空线。再次，通过比较图3C和图3D，可以看到，具有PIR的实施例的最大电压被减小20％。
所提出的实施例可以用于不对称单极和双极运行这两者中。由于降低的过电压，大大降低对电涌放电器的应力，并且这些不需要多列放电器。这降低放电器的成本，并且显著降低对电涌放电器的物理空间的要求。
此外，PIR的使用与使用AC侧PIR时相比显著缩短到重新建立输电为止的时间。这减少AC网络的有功输电和无功控制的干扰。
如上所示，这些实施例将线路终端处的反射期间的过电压水平大大降低至甚至可以低于电涌放电器的防护水平的水平，这对于线路和连接到线路的大多数组件大有益处。
因为PIR为HSS的一部分，所以不需要大量的额外空间。
上面已经主要参照一些实施例描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了上面公开的实施例之外的其他实施例在如由所附专利权利要求定义的本发明的范围内同样是可以的。
Claims (7)
1.一种高速开关(20、20a-d)，其特征在于，包括：
第一端(20)，所述第一端(30)用于连接到AC/DC换流器(12a-b)的DC侧；
第二端(31)，所述第二端(31)用于连接到DC输电线(17a-b)；
主开关(32)；以及
预插入开关(33)，所述预插入开关(33)用于选择性地激活在所述第一端(30)与所述第二端(31)之间的导电路径中的预插入电阻器(34)，从而增大所述第一端(30)与所述第二端(31)之间的电阻。
2.根据权利要求1所述的高速开关(20、20a-d)，其特征在于，还包括被提供为与所述主开关(32)并联的预插入串(35)，所述预插入串(35)包括所述预插入电阻器(34)与所述预插入开关(33)的串联连接。
3.根据权利要求1所述的高速开关(20、20a-d)，其特征在于，还被配置为：在闭合过程中，首先闭合所述预插入开关(33)，并且其后闭合所述主开关(32)。
4.根据权利要求2所述的高速开关(20、20a-d)，其特征在于，还被配置为：在所述闭合过程中，在闭合所述主开关(32)之后断开所述预插入开关(33)。
5.根据权利要求1所述的高速开关(20、20a-d)，其特征在于，还包括预插入部(36)，所述预插入部(36)包括所述预插入开关(33)和所述预插入电阻器(34)的并联连接，其中，所述预插入部被提供为与所述主开关(32)串联。
6.根据权利要求1所述的高速开关(20、20a-d)，其特征在于，还被配置为：在闭合过程中，首先在保持所述预插入开关(33)断开的状态下闭合所述主开关(32)，并且其后闭合所述预插入开关(33)。
7.一种换流站(5)，其特征在于，包括高压AC/DC换流器(12a-b)和根据前述权利要求中的任一项所述的高速开关。
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