[發明專利]提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路及方法

有效

• 申請號: 201310708472.8
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103746399B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 饒宏;許樹楷;黎小林;馮滿盈;李立浧;候婷;朱喆;陳俊;魏偉;陳名
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02H9/06;H02H9/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明是一種提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路及方法，屬于提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路及方法的創新技術。

背景技術

為了實現可持續發展，利用以太陽能、風能等可再生能源發電已成為未來電力系統的發展方向。這些發電方式具有遠離主電網、隨時間波動較大等特點?；陔妷涸磽Q流器的直流輸電（voltage?source?converter?HVDC，VSC-HVDC）可獨立快速控制所傳輸的有功功率和無功功率，其換流器自換向，能夠獨立調節換流站交流側的有功功率和無功功率，具有優越的可控性和靈活性，成為實現可再生能源發電與主電網之間的穩定聯結的最有潛質的電力傳輸方式。柔性直流輸電換流器采用可關斷功率器件組成的電壓源換流器，逆變站不存在換相失敗情況，具備比常規直流輸電優越得多的優點。

電壓源換流器直流輸電的突出技術優點，使得其在接入間隙性能源等方面大量應用，突出的典型應用是遠距離、大規模的海上風電接入，在歐洲和北美已經大量應用。由于風電場等間歇性能源的發電站，一般處于偏于地區或者海上，操作和維護困難；另一方面，為了減少啟停對電網的影響，各國均對接入系統的故障穿越能力提出了要求。目前的一般做法是，采用電壓源換流器直流輸電接入風電，在受端換流站的直流側并聯接入吸能電阻，吸收在受端交流出線故障期間，送端風電場持續的功率輸出，避免直流過壓導致系統停運，如圖1所示。吸能電阻一般通過可關斷器件，如絕緣柵雙極型晶體管IGBT構成的開關接在極線之間。這種結構的高壓IGBT串聯開關實現技術難度大，并且使用大量的大功率開關器件，成本很高。

發明內容

本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種保障系統安全，提高系統運行可靠性，明顯節約投資的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路。

本發明的另一目的在于提供一種控制簡單方便的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的方法。

本發明的技術方案是：本發明的提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的主回路，交流受端電網與風電場之間設置有受端換流站、送端換流站，且受端換流站直流側接入能量吸收裝置。

上述受端換流站直流側接入包括有火花間隙、間隙火花放電裝置、金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側接入包括有火花間隙的能量吸收裝置，或受端換流站與送端換流站之間僅連接有金屬氧化物限壓器的能量吸收裝置，或受端換流站直流側接入包括有火花間隙與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置，或受端換流站直流側接入包括有金屬氧化物限壓器與間隙火花放電裝置的組合的能量吸收裝置。

上述受端換流站直流側接入包括有火花間隙L1及L2、間隙火花放電裝置GAP1和GAP2、金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2的能量吸收裝置，火花間隙L1、間隙火花放電裝置GAP1、金屬氧化物限壓器MOV1、金屬氧化物限壓器MOV2、間隙火花放電裝置GAP2、火花間隙L2按順序串聯。

上述受端換流站直流側接入包括有火花間隙L1及L2、間隙火花放電裝置GAP1和GAP2、金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2的能量吸收裝置，火花間隙L1及L2、間隙火花放電裝置GAP1和GAP2、金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2按任意順序串聯。

上述受端換流站與送端換流站之間的交流電網為500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6kV。

本發明提高電壓源換流器直流輸電故障穿越能力的控制方法，包括如下步驟：

1）檢測到交流受端電網發生短路故障后，直流側電壓超過額定值，則觸發間隙火花放電裝置GAP1和GAP2導通；

2）間隙火花放電裝置GAP1和GAP2導通后，直流電壓施加在金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2兩端；

?3）間隙火花放電裝置GAP1和GAP2導通動作的同時，金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2進入拐點，通過大電流放電，吸收直流回路能量，最大放電電流由間隙火花放電裝置限制；?

4）直流回路通過金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2放電后，直流電壓下降，金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2兩端電壓回到殘壓，間隙火花放電裝置GAP1和GAP2停止導通，金屬氧化物限壓器MOV1和金屬氧化物限壓器MOV2殘壓取值比直流額定值高；

?5）直流側吸能結束，直流電壓限制在額定值左右；

6）交流受端電網故障清除后，直流系統恢復運行。