含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站及其直流故障处理策略制造技术

技术编号:20924674 阅读:37 留言:0更新日期:2019-04-20 11:28
本发明专利技术公开了一种含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站及其直流故障处理策略,该技术方案利用了超导限流器在故障后的高阻特性,能够充分发挥现有技术条件下直流断路器的开断能力,降低对多端柔性直流电网中直流断路器开断电流的要求;同时,本发明专利技术利用直流故障重启动保护模块和超导限流器旁路保护模块,解决了电阻型超导限流器恢复速度过慢的问题,使得系统在直流故障后的快速重启动变成可能;此外,本发明专利技术针对所提供的含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站,提出了一套完整的直流故障处理和重启动恢复策略。

Converter Station with Resistance Superconducting Current Limiter and DC Circuit Breaker and Its DC Fault Handling Strategy

The invention discloses a converter station with a resistance type superconducting current limiter and a DC circuit breaker and its DC fault treatment strategy. The technical scheme utilizes the high resistance characteristic of the superconducting current limiter after fault, can give full play to the breaking capacity of the DC circuit breaker under the existing technical conditions, and reduces the requirement for the breaking current of the DC circuit breaker in the multi-terminal flexible DC power grid. By using DC fault restart protection module and superconducting current limiter bypass protection module, the problem of slow recovery speed of resistance type superconducting current limiter is solved, which makes it possible for the system to restart quickly after DC fault; furthermore, a complete set of DC fault treatment is proposed for the converter station provided with resistance type superconducting current limiter and DC circuit breaker. Restart recovery strategy.

【技术实现步骤摘要】
含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站及其直流故障处理策略
本专利技术属于电力系统输配电
,具体涉及一种含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站及其直流故障处理策略。
技术介绍
我国能源生产和需求存在地理条件上的矛盾,需要通过“西电东送”、“北电南送”把电能从能源稀疏区输送至负荷密集区。目前为止,基于电网换相换流器的高压直流输电系统(LineCommutatedConverterbasedHVDC,LCC-HVDC)已成为了远距离大容量直流输电的主要方式。然而几十年的运行经验表明,其存在如下几个无法克服的内在缺陷:(1)LCC在换流过程中需要依赖于交流电源进行换相,然而如风电和光伏之类的新能源电厂不具备提供交流电源的能力,因此这直接限制了LCC-HVDC技术在诸多新能源并网场合的应用。(2)同样地,由于LCC对交流电压的过度敏感特性,受端的逆变侧系统极易发生换相失败,从而导致大量的直流输送功率中断;在多馈入场合,多条直流线路同时发生换相失败将造成严重的潮流转移,从而直接威胁到系统的安全稳定运行。(3)LCC-HVDC技术需要配置体积较大的无功功率补偿装置以及复杂的滤波器,这造成了换流站占地面积较大,选址困难。随着电力电子技术的发展,基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(ModularMultilevelConverterbasedHVDC,MMC-HVDC)凭借其不会发生换相失败、输出波形质量高、可以为无源网络供电等技术优势,得到了学术界和工业界的密切关注;目前已投运和在建柔性直流输电系统的最高电压等级和功率水平达到了±800kV/5000MW,已经接近LCC-HVDC的水平。可以预见,基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术是高压直流输电技术未来的发展方向。与LCC-HVDC相比,MMC-HVDC除了额定功率存在差距之外,还存在直流故障自清除的问题;虽然目前已投运柔性直流系统绝大多数采用断开交流断路器的方法处理直流故障,但是对于采用架空线输电的柔性直流系统而言,断开交流断路器的故障处理策略由于动作响应时间慢的缘故并不太适用。自从ABB公司在2012年底发布基于机械开关和半导体器件的混合型高压直流断路器以来,混合型高压直流断路器凭借其较低的运行损耗和较快的开断速度,本学术界和工业界认为是用于处理柔性直流系统直流侧故障最具潜力的技术方案。但是由于柔性直流输电系统的电压等级不断升高,直流故障电流故障后几个毫秒之内上升到额定值的数十倍,远远超过当前高压直流断路器的开断能力。目前看来,采用通过超导直流限流器来限制直流故障电流,从而降低高压直流断路器的故障电流开断能力,是处理柔性直流系统直流故障一种较有发展前景的技术方案。超导直流限流器在正常运行状态下对外呈现出低阻状态,不影响柔性直流系统的正常运行,故障后能够迅速转变为高阻状态,其阻抗无论是电阻还是电感,都可以抑制故障电流上升率。根据故障后限流器阻抗特性的不同,超导限流器可以分为电阻型和电感型两大类,在目前的技术条件下,电阻型限流器凭借其较小的体积和简单的结构,最具备应用于柔性直流系统的潜力;电感型限流器虽然恢复时间较快,但是存在体积较大且结构复杂的劣势,只在交流系统中有所应用。到目前为止,已公开的绝大多数文献基本只研究采用电阻型超导限流器和直流断路器处理直流故障时直流系统的故障响应特性。为了充分发挥电阻型超导限流器的技术优势,有必要针对采用电阻型超导限流器和直流断路器处理直流故障策略进行研究。
技术实现思路
鉴于上述,本专利技术提供了一种含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站及其直流故障处理策略,该技术方案利用了超导限流器在故障后的高阻特性,能够充分发挥现有技术条件下直流断路器的开断能力;同时,本专利技术能够解决电阻型超导限流器恢复速度过慢的问题,使得直流故障后的快速重启动变成可能;此外,本专利技术针对所提供的含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站,提出了一套完整的直流故障处理和重启动恢复策略。一种含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站,其交流侧通过交流断路器与交流系统连接,直流侧通过多回直流线路与多端柔性直流系统中的其他换流站连接;该换流站具有两种拓扑结构:一种为真双极结构即正负极均具有独立的换流器,另一种为伪双极结构即正负极共用同一个换流器,所述换流器采用基于半桥子模块级联的模块化多电平换流器;真双极结构的换流站中正极换流器的直流高压端经过机械开关连接至换流站的正极直流母线,正极换流器的直流低压端与负极换流器的直流高压端连接并接地,负极换流器的直流低压端通过经过机械开关连接至换流站的负极直流母线;伪双极结构的换流站中换流器的直流高压端经过机械开关连接至换流站的正极直流母线,换流器的直流低压端经过机械开关连接至换流站的负极直流母线;所述直流线路依次通过电阻型超导限流装置、直流断路器、平波电抗器与换流站的正极直流母线或负极直流母线连接;所述电阻型超导限流装置包括电阻型超导限流器、旁路保护模块和直流故障重启动保护模块;其中,电阻型超导限流器与旁路保护模块采用并联方式连接之后,再与直流故障重启动保护模块采用串联方式连接;所述旁路保护模块由超快速机械开关和电流转移开关串联组成,所述直流故障重启动保护模块由电流旁路支路与限流电阻并联组成。进一步地,所述电流转移开关由多个带反并二极管的IGBT管串联组成,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。进一步地,所述电流旁路支路采用超快速机械开关构成。进一步地,所述旁路保护模块正常状态下处于断开状态,仅当其所连的换流站在直流故障后的重启动过程中旁路保护模块才会短时间闭合。进一步地,所述电流旁路支路正常状态下处于闭合状态,仅当其所连的换流站在直流故障后的重启动过程中电流旁路支路才会短时间开断。上述换流站的直流故障处理策略,包括如下步骤:(1)基于直流电流判断系统是否发生直流故障及故障发生位置;(2)根据故障发生位置采取相应的故障处理方案:若故障点位于站内,则停运故障极换流器且断开故障极直流母线所连接的直流线路;若故障点位于站外,则借助直流断路器断开故障的直流线路;(3)对于故障点位于站外的直流线路故障,当直流线路充分去游离之后,对系统进行重启动。进一步地,所述步骤(1)的具体实现方式如下:对于任一与换流站直流母线所连的直流断路器,检测流经该直流断路器的电流,如果电流大于换流站额定直流电流值的1.5倍,则判定系统发生了直流故障;检测到系统发生直流故障后,进一步判断若与该直流断路器所连的换流站直流母线的注入电流(即流入的电流为正,流出的电流为负)之和绝对值大于换流站额定直流电流值的0.1倍,则判定故障发生位置在该换流站直流母线上;若直流故障不在换流站直流母线处,则进一步根据直流电流的方向来判断故障发生位置:对于该直流断路器所连的换流站直流母线为正极直流母线情况下,若直流电流从正极直流母线流向该直流断路器对应的直流线路,则判定故障发生位置在该直流断路器对应的直流线路上,若直流电流从该直流断路器对应的直流线路流向正极直流母线,则判定故障发生位置在正极直流母线与机械开关之间;对于该直流断路器所连的换流站直流母线为负极直流母线情况下,若直流电流从本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站,其交流侧通过交流断路器与交流系统连接,直流侧通过多回直流线路与多端柔性直流系统中的其他换流站连接;其特征在于:该换流站具有两种拓扑结构:一种为真双极结构即正负极均具有独立的换流器,另一种为伪双极结构即正负极共用同一个换流器,所述换流器采用基于半桥子模块级联的模块化多电平换流器;真双极结构的换流站中正极换流器的直流高压端经过机械开关连接至换流站的正极直流母线,正极换流器的直流低压端与负极换流器的直流高压端连接并接地,负极换流器的直流低压端通过经过机械开关连接至换流站的负极直流母线;伪双极结构的换流站中换流器的直流高压端经过机械开关连接至换流站的正极直流母线,换流器的直流低压端经过机械开关连接至换流站的负极直流母线;所述直流线路依次通过电阻型超导限流装置、直流断路器、平波电抗器与换流站的正极直流母线或负极直流母线连接;所述电阻型超导限流装置包括电阻型超导限流器、旁路保护模块和直流故障重启动保护模块;其中,电阻型超导限流器与旁路保护模块采用并联方式连接之后,再与直流故障重启动保护模块采用串联方式连接;所述旁路保护模块由超快速机械开关和电流转移开关串联组成,所述直流故障重启动保护模块由电流旁路支路与限流电阻并联组成。...

【技术特征摘要】
1.一种含有电阻型超导限流器和直流断路器的换流站,其交流侧通过交流断路器与交流系统连接,直流侧通过多回直流线路与多端柔性直流系统中的其他换流站连接;其特征在于:该换流站具有两种拓扑结构:一种为真双极结构即正负极均具有独立的换流器,另一种为伪双极结构即正负极共用同一个换流器,所述换流器采用基于半桥子模块级联的模块化多电平换流器;真双极结构的换流站中正极换流器的直流高压端经过机械开关连接至换流站的正极直流母线,正极换流器的直流低压端与负极换流器的直流高压端连接并接地,负极换流器的直流低压端通过经过机械开关连接至换流站的负极直流母线;伪双极结构的换流站中换流器的直流高压端经过机械开关连接至换流站的正极直流母线,换流器的直流低压端经过机械开关连接至换流站的负极直流母线;所述直流线路依次通过电阻型超导限流装置、直流断路器、平波电抗器与换流站的正极直流母线或负极直流母线连接;所述电阻型超导限流装置包括电阻型超导限流器、旁路保护模块和直流故障重启动保护模块;其中,电阻型超导限流器与旁路保护模块采用并联方式连接之后,再与直流故障重启动保护模块采用串联方式连接;所述旁路保护模块由超快速机械开关和电流转移开关串联组成,所述直流故障重启动保护模块由电流旁路支路与限流电阻并联组成。2.根据权利要求1所述的换流站,其特征在于:所述电流转移开关由多个带反并二极管的IGBT管串联组成,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。3.根据权利要求1所述的换流站,其特征在于:所述电流旁路支路采用超快速机械开关构成。4.根据权利要求1所述的换流站,其特征在于:所述旁路保护模块正常状态下处于断开状态,仅当其所连的换流站在直流故障后的重启动过程中旁路保护模块才会短时间闭合。5.根据权利要求1所述的换流站,其特征在于:所述电流旁路支路正常状态下处于闭合状态,仅当其所连的换流站在直流故障后的重启动过程中电流旁路支路才会短时间开断。6.一种如权利要求1所述换流站的直流故障处理策略,包括如下步骤:(1)基于直流电流判断系统是否发生直流故障及故障发生位置;(2)根据故障发生位置采取相应的故障处理方案:若故障点位于站内,则停运故障极换流器且断开故障极直流母线所连接的直流线路;若故障点位于站外,则借助直流断路器断开故障的直流线路;(3)对于故障点位于站外的直流线路故障,当直流线路充分去游离之后,对系统进行重启动。7.根据权利要求6所述的直流故障处理策略,其特征在于:所述步骤(1)的具体实现方式如下:对于任一与换流站直流母...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙建龙韩笑李妍王庭华曹程杰储方舟缪芸徐政张哲任徐雨哲
申请(专利权)人:国网江苏省电力有限公司经济技术研究院国网江苏电力设计咨询有限公司国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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