CN208285216U - 一种柔性直流输电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种柔性直流输电系统，所述系统包括启动站、被启动站与换流器解锁控制器；所述启动站与所述被启动站通过直流线路连接；所述被启动站包括被启动站换流器与电压互感器，所述换流器解锁控制器与所述电压互感器连接，所述换流器解锁控制器还与所述被启动站换流器连接；电网侧交流电经所述启动站转换为直流电，所述电压互感器采集所述直流电的直流电压，并将所述直流电压发送至所述换流器解锁控制器；所述换流器解锁控制器根据所述直流电压，解锁所述被启动站换流器。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流输电领域，尤指一种柔性直流输电系统。
背景技术
目前直流输电系统大多采用柔性直流输电技术，柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。因此，柔性直流输电近年来得到了快速发展。
柔性直流输电系统中，若一端换流站与交流电网联网运行，命名为启动站，另一端换流站孤岛运行，命名为被启动站；换流站启动时，需要启动站换流站通过直流线路带被启动站换流站一起启动，即启动站换流站启动的同时向被启动站换流站充电，待直流电压上升至较高水平后解锁换流站，直流电压上升至额定值。
柔性直流输电系统通常采用模块化多电平(MMC)型换流器，MMC型的桥臂支路是由众多的MMC子模块串联构成的，回路中串联了大量的电容器。在换流器预充电后，直流电压将上升至额定直流电压的70～80％，解锁后换流器将把各子模块电容电压抬升至运行值附近，同时以直流电压的额定值为控制目标，直流电压将迅速抬升至额定值。
被启动MMC型换流器解锁前，所有MMC子模块电容均投入充电回路中；被启动MMC型换流器解锁后，按照MMC型换流器的设计原理，50％MMC子模块投入充电回路，50％MMC子模块处于旁路状态，即解锁后施加在每个MMC子模块电容器两端的电压瞬间升至解锁前的2倍。电容两端电压在短时间突然增高后会导致充电电流急剧上升，即di＝du/dt。因此，在换流器解锁过程中，会产生较大的冲击电流，给设备安全及电网运行带来威胁。
如图1所示为现有技术中解锁被启动站换流器时充电电流、直流电压与换流器子模块电压的仿真图，从仿真图上可以看到，在被启动换流站换流器解锁后，由于换流器子模块投入数量减少，直流电压瞬间由370kV拉低到190kV，充电电流达到1kA，换流器子模块电压上升，整个过程持续约80ms，最终换流器子模块电容电压由0.8kV 上升至1.6kV左右。由此可以看出，在被启动站换流器解锁过程中，会产生较大的冲击电流，即充电电流，给设备安全及电网运行带来威胁。
现在的直流输电系统启动过程，对启动站的充电电流通过控制策略进行了限制，却没有针对被启动站换流器充电电流的控制策略。因此，避免直流输电系统中被启动站在换流器过程中产生过大的冲击电流、保证设备安全、减少设备损耗，成为目前直流输电系统使用过程中亟待解决的问题。
实用新型内容
为了解决现有技术中，柔性直流输电系统中被启动站换流器解锁时，产生的冲击电流过大，而使设备存在安全隐患及电网运行受影响等问题，本实用新型实施例提供一种柔性直流输电系统，所述系统包括启动站、被启动站与换流器解锁控制器；
所述启动站与所述被启动站通过直流线路连接；
所述被启动站包括被启动站换流器与电压互感器，所述换流器解锁控制器与所述电压互感器连接，所述换流器解锁控制器还与所述被启动站换流器连接；
电网侧交流电经所述启动站转换为直流电，所述电压互感器采集所述直流电的直流电压，并将所述直流电压发送至所述换流器解锁控制器；
所述换流器解锁控制器根据所述直流电压，解锁所述被启动站换流器。
本实用新型通过换能器解锁控制器在被启动站解锁换流器时，设置换流器子模块初始状态为投入状态，逐步控制换流器子模块投入数量减少，使换流器子模块电压逐渐上升，从而避免了在柔性直流输电系统启动时所产生的过大的冲击电流，达到保证设备安全、电网运行安全的技术效果。
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为现有技术中解锁被启动站换流器时充电电流、直流电压与换流器子模块电压的仿真图；
图2为本实用新型实施例一种柔性直流输电系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例一种柔性直流输电系统的仿真图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种柔性直流输电系统。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图2所示为本实用新型实施例一种柔性直流输电系统的结构示意图，图中所示柔性直流输电系统包括启动站、被启动站与换流器解锁控制器；
所述启动站与所述被启动站通过直流线路10连接；
所述被启动站包括被启动站换流器20与电压互感器TV，所述换流器解锁控制器与所述电压互感器TV连接，所述换流器解锁控制器还与所述被启动站换流器20连接；
电网侧交流电经所述启动站转换为直流电，所述电压互感器TV采集所述直流电的直流电压U，并将所述直流电压U发送至所述换流器解锁控制器；
所述换流器解锁控制器根据所述直流电压U，解锁所述被启动站换流器。
在本实施例中，启动站启动后，交流电输入到启动站，启动站开始预充电过程，与此同时，交流电经过启动站转换为直流电输出至被启动站，被启动站同时开始预充电过程。电压互感器TV采集直流电压U，并将直流电压U发送至换流器解锁控制器。换流器解锁控制器判断直流电压U，当直流电的直流电压U达到了设定值，即直流电压U达到了被启动站换流器的工作电压值时，换流器解锁控制器开始解锁被启动站换流器20。当被启动站换流器解锁完成后，启动站开始解锁启动站换流器30。其中，图2以电网侧交流三相电中的一相为例。
作为本实用新型的一个实施例，所述启动站还包括启动电阻R1、变压器T与启动站换流器30，所述交流电经所述启动电阻R1与所述变压器T后，经所述启动站换流器30转换为所述直流电。
其中，启动站中的启动电阻R1，避免在启动时，启动站的充电电流过大，在解锁启动站换流器30前，需先通过闭合断路器QFR，将启动电阻R1旁路。
在本实施例中，所述启动站还包括启动站交流断路器QF1，用于控制所述交流电的输入，所述交流电经所述启动站断路器QF1后，传输至所述启动电阻R1与所述变压器T。
其中，当该交流断路器QF1闭合时，电网侧的交流电输入至启动站；当该交流断路器QF1断开时，电网侧的交流电无法输入启动站。
作为本实用新型的一个实施例，所述被启动站包括被启动站交流断路器QF2，用于控制目标交流电的输出，所述直流电经所述被启动站换流器20转换为所述目标交流电，再经所述被启动站交流断路器QF2输出。
其中，启动站输出至被启动站的直流电，经过被启动站的转换后变为交流电，被启动站中设置有交流断路器QF2，当该交流断路器QF2闭合时，输出交流电；当该交流断路器QF2断开时，交流电无法输出。
作为本实用新型的一个实施例，所述被启动站换流器20为模块化多电平换流器，所述模块化多电平换流器包括三个相单元，所述相单元包括上桥臂与下桥臂，每个桥臂由多个模块化多电平换流器子模块21串联组成。
作为本实用新型的一个实施例，被启动站的换流器解锁完成包括，当所述被启动站输出的交流电到达额定输出值时，所述被启动站的换流器解锁完成。
在本实施例中，所述换流器解锁控制器根据所述直流电压U，解锁所述模块化多电平换流器子模块21。
在本实施例中，所述换流器解锁控制器根据所述被启动站输出的交流电的额定输出值，设置直流电压的设定值、单次递减个数、递减间隔时长及额定值；
所述电压互感器TV采集所述直流电压U，所述换流器解锁控制器判断所述直流电压是否达到所述设定值；
所述直流电压达到所述设定值后，所述换流器解锁控制器解锁所述被启动站换流器，并控制所述换流器子模块初始状态为投入状态，每隔所述递减间隔时长，控制减少所述单次递减个数的处于投入状态的换流器子模块，直到处于投入状态的所述换流器子模块数量达到所述额定值。
其中，换流器解锁控制器根据交流电额定输出值，设置直流电压的设定值、单次递减个数与递减间隔时长来实现对换流器的解锁控制。直流电压的设定值一般为直流电压额定值，换流器子模块的单次递减个数为换流器解锁控制器每一次控制换流器充电回路中换流器子模块减少的个数，递减间隔时长为换流器解锁控制器每两次递减换流器子模块个数时的时间间隔。
在直流电压的设定值、单次递减个数与递减间隔时长设置完成之后，换流器解锁控制器根据电压互感器采集到的直流电压值，判断是否达到了设定值。当直流电压达到设定值时，换流器解锁控制器解锁被启动站换流器，控制换流器子模块初始状态为投入状态，换流器解锁控制器每隔递减间隔时长，减少一次换流器子模块投入数量，每次递减单次递减个数的换流器子模块，直到处于投入状态的子模块数量达到额定值。
在本实施例中，所述换流器解锁控制器每隔所述递减间隔时长，控制减少所述单次递减个数的处于投入状态的换流器子模块21，直到处于投入状态的所述换流器子模块数量达到所述额定值包括，在处于投入状态的所述换流器子模块的数量达到所述额定值时，所述换流器解锁控制器至少两次控制减少所述单次递减个数的处于投入状态的换流器子模块21。
其中，由于被启动站换流器20中有众多换流器子模块21串联，为了进一步减小解锁换流器时产生的冲击电流，换流器解锁控制器分多次控制递减处于投入状态的换流器子模块21数量并逐渐提升换流器子模块平均电压。
在本实施例中，在解锁被启动站换流器时，换流器的三相同时解锁，换流器解锁控制器控制每一相减少相应个数的处于投入状态的换流器子模块。例如在被启动换流器解锁前，直流电压为U，换流器每相上下桥臂共入2N个换流器子模块，换流器子模块电容电压为U/2N；解锁过程完成后，每相上下桥臂共N个换流器子模块投入到充电回路中，即N个换流器子模块处于投入状态，换流器子模块承受电压瞬间增大一倍，达到U/N；根据电容器充电特性di＝du/dt，导致桥臂中的充电电流急剧增大。为减小充电电流冲击，换流器解锁控制器控制换流器子模块个数在一定时间间隔内从 2N逐渐减小至N，由此控制施加在每个子模块上的电压逐渐增大：U/2N，U/ (2N-1)……U/N，根据di＝du/dt，单位时间内电流增量减小，即冲击电流减小。
作为本实用新型的一个实施例，所述被启动站还包括电流互感器TA，所述电流互感器TA与所述换流器解锁控制器连接，所述电流互感器TA采集直流充电电流I，并将所述直流充电电流I发送至所述换流器解锁控制器。
在本实施例中，所述电流互感器TA采集直流充电电流I，所述电压互感器TV 采集模块化多电平换流器子模块电容电压UC，所述换流器解锁控制器监控所述直流电压U、直流充电电流I以及模块化多电平换流器子模块电容电压UC。
其中，为了防止预充电过程出现意外情况，换流器解锁控制器通过监控直流电压、直流充电电流以及模块化多电平换流器子模块电容电压，来监控预充电情况，其中直流充电电流I即为充电电流。
其中，换流器解锁控制器根据被启动站所需输出的交流电的额定值，确定被启动站需要解锁的换流器子模块21的个数。当被启动站输出的交流电达到额定输出值时，被启动站换流器解锁完成。
通过本实用新型的系统，利用换能器解锁控制器在被启动站解锁换流器时，设置换流器子模块初始状态为投入状态，逐步控制换流器子模块投入数量减少，使换流器子模块电压逐渐上升，从而避免了在柔性直流输电系统启动时所产生的过大的冲击电流，达到保证设备安全、电网运行安全的技术效果。
图3所示为本实用新型实施例一种柔性直流输电系统的仿真图。从图3中的仿真曲线可以看出，在被启动换流站换流器解锁后，通过换流器解锁控制器逐步减少处于投入状态的换流器子模块的数量，与图1的现有技术仿真图相比，直流电压与充电电流在换流器解锁后的波动极小，换流器子模块电压呈现逐渐上升状态。由此可以看出，通过本实用新型实施例的方法，在被启动站解锁换流器时设置换流器子模块初始状态为投入状态，逐步控制换流器子模块投入数量的减少，使换流器子模块电压逐渐上升，从而避免了在柔性直流输电系统启动时所产生的过大的冲击电流，达到保证设备安全、电网运行安全的技术效果。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种柔性直流输电系统，其特征在于，所述系统包括启动站、被启动站与换流器解锁控制器；
所述启动站与所述被启动站通过直流线路连接；
所述被启动站包括被启动站换流器与电压互感器，所述换流器解锁控制器与所述电压互感器连接，所述换流器解锁控制器还与所述被启动站换流器连接；
电网侧交流电经所述启动站转换为直流电，所述电压互感器采集所述直流电的直流电压，并将所述直流电压发送至所述换流器解锁控制器；
所述换流器解锁控制器根据所述直流电压，解锁所述被启动站换流器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述启动站还包括启动电阻、变压器与启动站换流器，所述交流电经所述启动电阻与所述变压器后，经所述启动站换流器转换为所述直流电。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述启动站还包括启动站交流断路器，用于控制所述交流电的输入，所述交流电经所述启动站断路器后，传输至所述启动电阻与所述变压器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述被启动站包括被启动站交流断路器，用于控制目标交流电的输出，所述直流电经所述被启动站换流器转换为所述目标交流电，再经所述被启动站交流断路器输出。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述被启动站换流器为模块化多电平换流器，所述模块化多电平换流器包括三个相单元，所述相单元包括上桥臂与下桥臂，每个桥臂由多个模块化多电平换流器子模块串联组成。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述换流器解锁控制器根据所述直流电压，解锁所述模块化多电平换流器子模块。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述被启动站还包括电流互感器，所述电流互感器与所述换流器解锁控制器连接，所述电流互感器采集直流充电电流，并将所述直流充电电流发送至所述换流器解锁控制器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108631573A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-09 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 柔性直流输电系统的换流器解锁方法与柔性直流输电系统 |
| CN113258599A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-08-13 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 多端直流输电系统的启动控制装置与方法 |
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2018
- 2018-04-24 CN CN201820585761.1U patent/CN208285216U/zh active Active
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