CN216981524U - 一种泄能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种泄能装置，包括：每个泄能模块与一相交流母线连接，交流母线通过变压器与交流系统连接，泄能模块之间以星形或角形连接方式连接；当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均接入交流母线，以消耗交流母线能量；当每相交流母线电压峰值小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均与交流母线断开连接，从而实现在交流母线过电压时，对交流母线的电压抑制。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流输电技术领域，具体涉及一种泄能装置。
背景技术
我国西北地区新能源装机容量的不断增大导致西北地区交流电网呈现“弱交流”特性，大量新能源功率无法在本地消纳，需要通过采用特高压(交直流输电)技术送到东部负荷量大的地区。特高压直流输电换流器需要大量的无功功率通常在换流站内采用就地安装滤波场站的方式进行补偿。换相失败是导致常规特高压直流输电送端电网过压的原因之一，而在此过程中，滤波场站带来的盈余无功将给送端交流系统带来较大的暂态过电压，而且，过电压随功率盈余和线路等值电抗增加而增大。交流系统故障导致新能源场站输送额外无功在故障恢复后期也会导致过电压，不仅如此，特高压送端交流系统过电压受到多种因素的交叉影响，换相失败、直流单双极闭锁等都会不同程度导致送端交流电网过压现象发生。这些问题导致的过电压严重制约送端交流系统安全稳定运行，特别是对于弱交流系统过电压更为明显，针对送端交流系统过电压的抑制也有广泛的研究，解决思路有三类，现有解决思路包括以下三类：方法一：主动优化控制和优化送端无功补偿控制，该方法能够从控制源头上通过优化控制来减缓过电压。通过优化控制参数可以有效增加系统响应速度控制无功补偿量，从而使过电压维持在较低水平以内。送端受端与无功补偿的协调配合能够有效地降低送端交流系统的过电压。但是该方法对控制要求较高，可能还需要送端和受端的协调配合通信，使系统可靠性降低。同时，针对不同的新能源场站情况下的参数统一整定也存在较大的困难；方法二：增大系统短路比，相较于功率盈余的角度而言，该方法从增大系统短路比方面而言来抑制过电压。虽然增大短路比，减小系统线路阻抗能够抑制系统过电压，但一般而言是通过线路串联电容等无功补偿方式，一方面会产生谐波，降低电能质量，另一方面也会导致系统发生振荡。而且改变线路走廊或者增设无功调节装置对已有的特高压直流输电系统的改造耗材较大；方法三：被动能耗类，通过引入能耗装置，来消除故障期间功率盈余从而有效地减小过电压，其效果受制于耗能装置类型及其对应控制投切方式。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的交流系统过电压抑制方法易导致系统发生振荡，且对控制方法要求高的缺陷，从而提供一种泄能装置。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型实施例提供一种泄能装置，包括：多个泄能模块，其中，每个泄能模块与一相交流母线连接，交流母线通过变压器与交流系统连接，泄能模块之间以星形或角形连接方式连接；当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均接入交流母线，以消耗交流系统中的盈余能量，抑制交流系统过电压；当每相交流母线电压峰值均小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均与交流母线断开连接；第一预设倍数大于第二预设倍数，第二预设倍数为大于1的数值。
在一实施例中，每个泄能模块均包括旁路开关及多个串联连接的泄能子单元，其中，泄能子单元串联连接后通过旁路开关与一相交流母线连接；当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个旁路开关均处于闭合状态；当每相交流母线电压峰值均小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块的旁路开关处于断开状态。
在一实施例中，当对每个泄能模块的消能子单元的数量有限制时，泄能模块之间以星形连接方式连接。
在一实施例中，第一预设倍数的交流母线电压额定峰值小于交流系统的预设电压阈值。
在一实施例中，泄能子单元的数量由交流系统的额定功率、交流系统功率系数、交流母线电压额定峰值及泄能子单元的伏安特性曲线确定。
在一实施例中，泄能子单元的数量通过以下公式计算：
式中，N为泄能子单元的数量，Upeak为交流母线电压额定峰值，γ为预设交流系统功率系数，P为交流系统的额定功率，Ie为泄能子单元的伏安特性曲线工作点的电流值，λUpeak为预设电压阈值，f(x)为泄能子单元的伏安特性曲线。
在一实施例中，所述泄能子单元为避雷器。
在一实施例中，所述旁路开关为电力电子开关。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1.本实用新型提供的泄能装置，每个泄能模块与一相交流母线连接，交流母线通过变压器与交流系统连接，泄能模块之间以星形或角形连接方式连接；当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均接入交流母线，以消耗交流母线能量；当每相交流母线电压峰值小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均与交流母线断开连接，因此仅通过将泄能模块进行投切，从而实现在交流母线过电压时，对交流母线的电压抑制，避免了交流系统过电压抑制方法易导致系统发生振荡，且对控制方法要求高的缺陷。
2.本实用新型提供的泄能装置，采用可控避雷器的投切控制，从而实现对于故障导致的交流母线过电压的抑制作用，并尽量保持投切的可靠性保证过电压的抑制效果。
3.本实用新型提供的泄能装置，基于交流系统的额定功率、交流系统功率系数、交流母线电压额定峰值及所述泄能子单元的伏安特性曲线确定所述泄能子单元的数量，从而实现合理设置泄能子单元的数量，避免泄能模块能耗过大。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)及图1(b)均为本实用新型实施例提供的泄能装置的一个具体示例的组成图；
图2(a)及图2(b)均为本实用新型实施例提供的泄能装置的另一个具体示例的组成图；
图3-图5均为本实用新型实施例提供的仿真波形图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本实用新型实施例提供一种泄能装置，应用于需要抑制交流系统过电压的场合，如图1(a)及图1(b)所示，包括：多个泄能模块1。
如图1(a)及图1(b)所示，本实用新型实施例的每个泄能模块与一相交流母线连接，交流母线通过变压器与交流系统连接，泄能模块之间以星形或角形连接方式连接。
本实用新型实施例中，当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均接入交流母线，以消耗交流系统中的盈余能量，抑制交流系统过电压；当每相交流母线电压峰值均小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均与交流母线断开连接。
本实用新型实施例中，第一预设倍数的交流母线电压额定峰值小于交流系统的预设电压阈值，即第一预设倍数α大于第二预设倍数β，第二预设倍数β为大于1的数值，即α>β>1，其中第一预设倍数α并不是无限大的，而是根据每个交流系统的交流母线的过电压要求进行设定，例如35kV的交流母线，有的需要将35kV母线端口过电压抑制在1.3pu(1.3pu为预设电压阈值)以内，而有的需要将35kV母线端口过电压抑制在1.2pu(1.2pu为预设电压阈值)以内。出于安全起见，可以统一满足将35kV母线过电压抑制在1.2pu以内从而保证多类型机组新能源场站的可靠运行。需要说明的是，第一预设倍数α具体的设定值依据实际情况设定，在此不作限制。
本实用新型实施例的第一预设倍数α与第二预设倍数β的差值需要有较大的差距，一是保证泄能模块有充足的时间消耗交流系统中的盈余能量，二是防止由于交流母线电压不稳定时，由于第一预设倍数α与第二预设倍数β的差值小，而导致误动作。
在一具体实施例中，如图2(a)及图2(b)所示，每个泄能模块均包括旁路开关11及多个串联连接的泄能子单元12。
如图2(a)及图2(b)所示，本实用新型实施例的泄能子单元串联连接后通过旁路开关与一相交流母线连接。
本实用新型实施例中，当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个旁路开关均处于闭合状态；当每相交流母线电压峰值均小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块的旁路开关处于断开状态。
本实用新型实施例的消能子单元可以为避雷器，但可以为其它能够消耗能量的装置，旁路开关可以为电力电子开关，其可以受控于交流系统的控制器，控制器判断交流母线电压峰值是否大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值，或判断交流母线电压峰值是否小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值，当交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，控制器控制各电力电子开关闭合，当交流母线电压峰值小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，控制器控制各电力电子开关闭合断开，此外，旁路开关可以为其它可控的开关，在此不作限制。
在一具体实施例中，本实用新型实施例中，一般而言既泄能模块之间可以选择角接也可以选择星接，主要区别在于角接情况下相较于星接方式，由于线电压的缘故，需要较多的泄能子单元，从而导致泄能模块总耗能增大，此外，当对每个泄能模块的消能子单元的数量有限制时，泄能模块之间以星形连接方式连接。
在一具体实施例中，泄能子单元的数量由交流系统的额定功率、交流系统功率系数、交流母线电压额定峰值及泄能子单元的伏安特性曲线确定。
具体地，泄能子单元的数量N通过以下式(1)计算：
式中，N为泄能子单元的数量，Upeak为交流母线电压额定峰值，γ为预设交流系统功率系数，P为交流系统的额定功率，Ie为泄能子单元的伏安特性曲线工作点的电流值，λUpeak为预设电压阈值，f(x)为泄能子单元的伏安特性曲线。
具体地，对于额定功率为P的交流系统，基于其预设交流系统功率系数γ(功率盈余系数)，即可确定消能模块需要消耗的能量(γ与P相乘得到)，而对于消能模块，消能模块消耗的能量可以表示为
其应等于γP，故当确定额定功率为P、预设交流系统功率系数γ、交流母线电压额定峰值Upeak后，即可确定泄能子单元的伏安特性曲线工作点的电流值Ie，并根据泄能子单元的伏安特性曲线
即可确定消能子单元的数量。
本实用新型实施例中预设交流系统功率系数γ可以根据仿真选取，在仿真结果的基础上可以适当调整，在此不作限制。需要说明的是，以上原则为针对星接的参数选取，角接的选取则可以根据线电压与相电压的关系折算后稍作调整。
本实用新型实施例的参数设计流程如图3所示，其中以泄能子单元为避雷器为例，由图3可知，首先基于每个交流系统的交流母线的过电压要求，确定过电压抑制水平(确定预设电压阈值)，根据避雷器型号、避雷器损耗，确定泄能模块之间的连接方式，根据交流母线电压额定峰值、预设电压阈值，确定第一预设倍数及第二预设倍数，根据式(1)确定避雷器的数量，之后确定全部避雷器接入交流母线后是否可以抑制交流母线过电压，当不能抑制时，返回确定泄能模块之间的连接方式的步骤，直到全部避雷器接入交流母线后可以抑制交流母线过电压为止。
为了进一步说明其应用效果，结合某新能源场站的控制应用，并以泄能子单元为避雷器为例，给出一应用案例。根据前述方法与相关工程参数，在短路比为SCR＝2.2时，额定功率为1000MW时，设计出泄能子单元的数量N＝7.6片的角形连接方式以及泄能子单元的数量N＝4的星接方案。
未加入可控避雷器泄能装置下单相金属性故障0.15s时，仿真结果波形如图3所示，由图3可知，系统的过电压达到1.31pu，达不到指定电压抑制标准，电力电子设备可能因此损坏或者脱网运行。而采用角接方式下的仿真结果表明系统35kV母线过电压水平明显下降维持在1.2pu，如图4所示，避雷器消耗能量100MW，避雷器峰值电流50kA。同样星接方式下的仿真结果表明系统35kV母线过电压也可以通过星接方式维持在1.2pu以内。相较而言角接所需要的避雷器片数大于星接而且消耗的能量也更大，如图5所示，避雷器消耗能量58MW，避雷器峰值电流45kA。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种泄能装置，其特征在于，包括：多个泄能模块，其中，
每个泄能模块与一相交流母线连接，交流母线通过变压器与交流系统连接，泄能模块之间以星形或角形连接方式连接；
当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均接入交流母线，以消耗交流系统中的盈余能量，抑制交流系统过电压；
当每相交流母线电压峰值均小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块均与交流母线断开连接；
所述第一预设倍数大于所述第二预设倍数，所述第二预设倍数为大于1的数值。
2.根据权利要求1所述的泄能装置，其特征在于，每个所述泄能模块均包括旁路开关及多个串联连接的泄能子单元，其中，
泄能子单元串联连接后通过旁路开关与一相交流母线连接；
当任意一相交流母线电压峰值大于第一预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个旁路开关均处于闭合状态；
当每相交流母线电压峰值均小于或等于第二预设倍数的交流母线电压额定峰值时，每个泄能模块的旁路开关处于断开状态。
3.根据权利要求2所述的泄能装置，其特征在于，当对每个泄能模块的消能子单元的数量有限制时，所述泄能模块之间以星形连接方式连接。
4.根据权利要求1所述的泄能装置，其特征在于，所述第一预设倍数的交流母线电压额定峰值小于交流系统的预设电压阈值。
5.根据权利要求2所述的泄能装置，其特征在于，所述泄能子单元的数量由交流系统的额定功率、交流系统功率系数、交流母线电压额定峰值及所述泄能子单元的伏安特性曲线确定。
6.根据权利要求5所述的泄能装置，其特征在于，所述泄能子单元的数量通过以下公式计算：
式中，N为泄能子单元的数量，Upeak为交流母线电压额定峰值，γ为预设交流系统功率系数，P为交流系统的额定功率，Ie为泄能子单元的伏安特性曲线工作点的电流值，λUpeak为预设电压阈值，f(x)为泄能子单元的伏安特性曲线。
7.根据权利要求2所述的泄能装置，其特征在于，所述泄能子单元为避雷器。
8.根据权利要求2所述的泄能装置，其特征在于，所述旁路开关为电力电子开关。
Priority Applications (1)
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| CN202220430672.6U CN216981524U (zh) | 2022-03-01 | 2022-03-01 | 一种泄能装置 |
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| CN216981524U true CN216981524U (zh) | 2022-07-15 |
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| CN202220430672.6U Active CN216981524U (zh) | 2022-03-01 | 2022-03-01 | 一种泄能装置 |
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2022
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