[发明专利]一种具有直流故障清除能力的换流站及其控制方法有效

专利信息
申请号: 201510122582.5 申请日: 2015-03-20
公开(公告)号: CN104767185B 公开(公告)日: 2017-07-21
发明(设计)人: 徐政;许烽;张哲任 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: H02H7/26 分类号: H02H7/26;H02H9/02
代理公司: 杭州天勤知识产权代理有限公司33224 代理人: 胡红娟
地址: 310027 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 直流 故障 清除 能力 换流 及其 控制 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于电力系统控制技术领域,具体涉及一种具有直流故障清除能力的换流站及其控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器具有交流输出电压谐波畸变率低,模块化结构易于封装,开关器件承受的电气应力小,开关损耗低等优点。自2002年提出后,经过十余年的发展,已为业界广泛承认。由半桥子模块构成的模块化多电平换流器是现今高压直流工程中最常用的结构方案,但由于其不具有直流故障自清除能力,因此现有的基于模块化多电平换流器的高压直流工程均采用低故障率的直流电缆线路,以减少直流故障发生概率,但其造价昂贵。多端直流输电系统以及直流电网中,架空直流输电线路将会得到越来越多的应用。半桥型模块化多电平换流器发生直流故障时,换流器丧失了控制能力,工作在不控整流状态,只能通过开断与换流器相连接的交流断路器熄灭电弧。

为解决上述技术问题,目前存在两种解决方案:(1)替换半桥子模块,采用具有直流故障自清除能力的子模块,如全桥子模块、钳位双子模块或其他变型子模块;(2)仍采用半桥子模块,但在直流线路上引入直流断路器来处理直流故障。

对于第一种方案而言,从目前的研究成果来看,任何其他型的子模块都需要采用更多的电力电子器件(基于全桥子模块的模块化多电平换流器所采用的IGBT数量为半桥子模块的两倍,钳位双子模块比半桥子模块增加了25%),这一方面增加了投资成本,另一方面将引入更多的运行损耗(基于全桥子模块的模块化多电平换流器的运行损耗相比于半桥子模块增加的百分比为68%~95%,钳位双子模块相比于半桥子模块增加的百分比为34%~58%),运行损耗的增大大大降低了工程效益,无形中增加了系统的投资成本。对于第二种方案而言,高压直流断路器目前还未有商业化应用,且造价昂贵。另外,为有效切除故障电流,每条直流线路两端都需要安装直流断路器,在未来的多端直流输电系统以及直流电网中,为保证输电的冗余度,直流线路的条数将明显多于换流站个数,直流断路器的安装个数亦将大大增加,由此所导致的电网造价将成数倍增加。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题,本发明提供了一种具有直流故障清除能力的换流站及其控制方法,能够快速有效地清除直流故障,与子模块替换方案相比,本发明的造价成本与其相当或略高于,但运行损耗较低;与采用直流断路器的方案相比,造价成本将有大幅度的降低,尤其是在多端直流输电系统中。

一种具有直流故障清除能力的换流站,包括:模块化多电平换流器、平波电抗器、快速分流切断开关、快速开断开关、电流转移开关和线路放电引导电路;其中:

所述的模块化多电平换流器交流侧与电网相连接,直流侧的高压端与平波电抗器的一端相连,直流侧的低压端接地;平波电抗器的另一端与快速开断开关的一端以及快速分流切断开关的一端相连,快速分流切断开关的另一端接地,快速开断开关的另一端与电流转移开关的一端相连,电流转移开关的另一端与线路放电引导电路的高压端以及直流输电线路相连,线路放电引导电路的低压端接地。

所述的模块化多电平换流器用于将电网的交流电转换为直流电,其采用三相六桥臂结构,每个桥臂均由若干个半桥子模块和一个电抗器串联组成。

所述的半桥子模块由两个带反并二极管的IGBT管T1~T2和一个电容C构成;其中,IGBT管T1的发射极与IGBT管T2的集电极相连并构成半桥子模块的高压端,IGBT管T1的集电极与电容C的一端相连,IGBT管T2的发射极与电容C的另一端相连并构成半桥子模块的低压端,两个IGBT管T1~T2的基极均接收来自外部设备提供的开关控制信号。

所述的快速分流切断开关用于故障电流的分流及切除,具备承受直流高电压的能力,其由多个开关单元串联组成,所述的开关单元包括多个带反并二极管的IGBT管和一个避雷器;其中,所有IGBT管串联后与避雷器并联,其中一半的IGBT管采用正向连接,另一半的IGBT管采用反向连接,所有IGBT管的基极均接收来自外部设备提供的开关控制信号。

所述的快速开断开关用于快速隔离故障且具备零电流下快速开断的能力,其采用ABB公司的超快速断路器。

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