一种用于海上风电的直流输电系统及其故障隔离方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于海上风电的直流输电系统及其故障隔离方法。与现有技术相比，本发明专利技术通过换流器控制与交直流断路器的配合，实现了高压直流海缆对地故障、低压直流海缆对地故障、高/低压直流海缆间短路故障的故障隔离，解决了海上直流送出系统直流短路故障产生的过流的问题。过流的问题。过流的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海上风电的直流输电系统及其故障隔离方法


[0001]本专利技术涉及电力系统输配电保护领域，具体涉及一种用于海上风电的直流输电系统及其故障隔离方法。

技术介绍

[0002]海上风电具有风能资源稳定、不占用土地、消纳条件良好的独特优势。为了有效将海上风电场的电能传输到陆上交流电网，通常当海上风电场与陆上交流电网之间的距离超过100km时，柔性直流输电将带来极大的技术和经济优势。
[0003]如图1所示，基于模块化多电平(MMC)换流器的海上风电柔性直流输电系统，主要由海上/岸上换流站、直流输电线路、交流电网和风电场组成。由于常规柔性直流换流器在直流故障时，功率单元内部存在反并联二极管，进而导致换流器过流，因此已有大量研究者针对柔性直流输电系统的直流故障过电流问题开展研究。但是目前这方面研究主要集中在岸上架空线远距离送出场景，包括采用交流断路器配合快速隔离开关、高压直流断路器、故障自清除功能换流器配合快速隔离开关等方法。针对半桥MMC型柔性直流电网，还可采用自适应限流控制，从而减小系统直流短路电流峰值，但仍需配置直流断路器以隔离直流故障线路。针对陆上两端混合直流输电系统，采用基于限流器和直流断路器协调的故障隔离方法，可抑制故障电流并降低断路器的耗散能量。
[0004]然而，由于海上平台体积与重量限制，海上平台一般不设置直流断路器，因此上述方法不用于海上直流外送系统。

技术实现思路

[0005]为解决
技术介绍
中常规海上风电柔性直流输电系统无法应对海上直流外送系统直流短路故障产生的过流的问题，本专利技术提供了一种用于海上风电的直流输电系统，应对过流问题的同时有效降低系统成本，具体技术方案如下。
[0006]一种用于海上风电的直流输电系统，包括高压直流海缆和低压直流海缆；
[0007]所述高压直流海缆的一端通过第一换流器和第一交流断路器与风电场连接，另一端通过第一直流断路器和第二换流器与电网连接；
[0008]所述低压直流海缆的一端通过整流器和第二交流断路器与风机连接，另一端通过第二直流断路器和第三换流器与电网连接；
[0009]所述第一、第三和第三换流器均采用具备故障隔离能力子模块的模块化多电平换流器，所述整流器采用二极管整流器；
[0010]还包括控制器，用于：
[0011]当换流器/整流器串联型直流输电系统的高压直流海缆与低压直流海缆之间发生线间短路故障，或高压直流海缆发生对地短路故障时，使第一换流器与第二换流器全部子模块闭锁，第三换流器保持定直流电压控制方式，风机由跟网型控制策略切换为构网型控制策略；待海上交流电压稳定后，使第一交流断路器和第一直流断路器断开；
[0012][0013]当换流器/整流器串联型直流输电系统的低压直流海缆发生对地短路故障时，先使第一换流器将全部子模块闭锁，然后使第二交流断路器和第二直流断路器断开，最后使第一换流器将全部子模块解锁。
[0014]具体地，所述低压直流海缆包括并联的第一低压直流海缆和第二低压直流海缆；所述第一低压直流海缆和第二低压直流海缆的一端各连接一个整流器的正极，两个所述
[0015]整流器的交流端分别与两个第二交流断路器连接，两个二极管整流器的负极均接地；所述第一低压直流海缆、第二低压直流海缆的另一端均与所述第二直流断路器的一端连接；
[0016]所述高压直流海缆的一端与所述第一换流器的正极连接，所述第一换流器的交流端与所述第一交流断路器连接，所述第一换流器的负极与所述第一低压直流海缆的风机侧一端连接；所述高压直流海缆的另一端与所述第一直流断路器的一端连接，所述第一直流断路器的另一端与所述第二换流器的正极连接，所述第二换流器的交流端与所述电网连接，所述第二换流器的负极与所述第五换流器的正极以及所述第二直流断路器的另一端连接，所述第五换流器的交流端与所述电网连接，所述第五换流器的负极接地。
[0017][0018]优选地，所述第一换流器与第一交流断路器之间、所述整流器与第二交流断路器之间、所述第二换流器与第三交流断路器之间以及所述第三换流器与电网之间还设有变压器。
[0019]基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供一种用于海上风电的直流输电系统的故障隔离方法，包括如下步骤：
[0020]当换流器/整流器串联型直流输电系统的高压直流海缆与低压直流海缆之间发生线间短路故障，或高压直流海缆发生对地短路故障时，使第一换流器与第二换流器将全部子模块闭锁，第三换流器保持定直流电压控制方式，风机由跟网型控制策略切换为构网型控制策略；
[0021][0022]待海上交流电压稳定后，使第一交流断路器和第一直流断路器断开；
[0023]当换流器/整流器串联型直流输电系统的低压直流海缆发生对地短路故障时，先使第一换流器将全部子模块闭锁，然后使第一和第二交流断路器和第一直流断路器断开，最后使第一换流器将全部子模块解锁。
[0024][0025]由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本专利技术通过换流器控制与交直流断路器的配合，实现了高压直流海缆对地故障、低压直流海缆对地故障、高/低压直流海缆间短路故障的故障隔离，解决了海上直流送出系统直流短路故障产生的过流的问题。
附图说明
[0026]图1为典型海上风电柔性直流输电系统结构示意图
[0027]图2为本专利技术用于海上风电的直流输电系统的结构示意图；
[0028]图3为二极管整流器的拓扑图；
[0029]图4为半桥型模块化多电平换流器的拓扑图；
[0030]图5为本专利技术高压直流海缆与低压直流海缆之间发生线间短路故障时的等效电路图；图6为本专利技术高压直流海缆发生对地短路故障时的等效电路图；
[0031]图7为本专利技术低压直流海缆发生对地短路故障时的等效电路图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0033]实施例1
[0034]如图1所示，一种用于海上风电的直流输电系统，包括高压直流海缆和低压直流海缆，低压直流海缆包括并联的第一低压直流海缆、第二低压直流海缆。
[0035]第一低压直流海缆、第二低压直流海缆的一端各设有一个所述二极管整流器，三个所述二极管整流器的交流端分别与两个交流断路器的一端连接，两个所述二极管整流器的负极均接地，两个交流断路器的另一端通过海上风电交流集电系统与风机连接。所述第一低压直流海缆和第二低压直流海缆的另一端均与所述第一直流断路器的一端连接。
[0036][0037][0038]所述高压直流海缆的一端与所述第一换流器的第一端连接，所述第一换流器的第二端与所述第一交流断路器连接，所述第一换流器的第三端与所述第一低压直流海缆的风机侧一端连接；所述高压直流海缆的另一端与所述第一直流断路器的一端连接，所述第一直流断路器的另一端与所述第三换流器的一端连接，所述第三换流器的另一端与所述电网连接，所述第三换流器的第三端与所述第五换流器的一端以及所述第二直流断路器的另一端连接，所述第五换流器的另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海上风电的直流输电系统，其特征在于：包括高压直流海缆和低压直流海缆；所述高压直流海缆的一端通过第一换流器和第一交流断路器与风机连接，另一端通过第一直流断路器和第二换流器与电网连接；所述低压直流海缆的一端通过整流器和第二交流断路器与风机连接，另一端通过第二直流断路器和第三换流器与电网连接；所述第一、第三和第三换流器均采用具备故障隔离能力子模块的模块化多电平换流器，所述整流器采用二极管整流器；还包括控制器，用于：当换流器/整流器串联型直流输电系统的高压直流海缆与低压直流海缆之间发生线间短路故障，或高压直流海缆发生对地短路故障时，使第一换流器与第二换流器将全部子模块闭锁，第三换流器保持定直流电压控制方式，风机由跟网型控制策略切换为构网型控制策略；待海上交流电压稳定后，使第一交流断路器和第一直流断路器断开；当换流器/整流器串联型直流输电系统的低压直流海缆发生对地短路故障时，先使第一换流器将全部子模块闭锁，然后使第二交流断路器和第二直流断路器断开，最后使第一换流器将全部子模块解锁。2.根据权利要求1所述的用于海上风电的直流输电系统，其特征在于：所述低压直流海缆包括并联的第一低压直流海缆和第二低压直流海缆；所述第一低压直流海缆、第二低压直流海缆的一端各设有一个所述整流器，两个所述整流器的交流端分别与两个所述第二交流断路器连接，两个所述整流器的负极均接地；所述第一低压直流海缆、第二低压直流海缆的另一端均与所述第一直流断路器的一端连接；所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡隽璇，王涛，唐治平，周友维，回世翔，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：