[發(fā)明專利]用于控制和保護直流海底電力系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410334434.5
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104297627B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設計）人: D.董;L.J.加爾塞斯;賴日新;S.赤;M.H.托多羅維奇;張迪
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;H02J3/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 葉曉勇;湯春龍

本發(fā)明提供方法(600)和高壓DC(HVDC)電力系統(tǒng)(100)。該系統(tǒng)包括：多個發(fā)送端(SE)模塊(110)，其電串聯耦合，并且分為關于電接地(112)各自獨立地進行操作的至少兩組(111、113)；以及多個接收端(RE)功率轉換器模塊(118)，其電耦合到多個SE模塊(110)，多個RE功率轉換器模塊包括快速接地故障檢測和控制裝置(500)，多個RE功率轉換器模塊包括接收端前端DC?DC轉換器控制器(1100)和輸出電流衰減控制(1106)。

關于聯邦資助研發(fā)的聲明

美國政府根據合同號DE-AC-07NT42677對所提供的本發(fā)明具有某些權利。

技術領域

本描述涉及配電系統(tǒng)，以及更具體來說，涉及用于高壓直流(HVDC)傳輸和分配系統(tǒng)控制和保護。

背景技術

隨著淺水區(qū)的油田和氣田干涸，生產商采用在遠低于海面下進行操作的供油裝置來開發(fā)深水區(qū)的海上油田。用于這種海底采油和生產的典型設備包括用于多個功能的氣體壓縮機和各種泵。電動變速驅動(VSD)和電動機系統(tǒng)是直接驅動深水區(qū)下的這種設備的一種方式。因此，電力從遠程岸上公用電網的輸送或者電力生成對保護海底位置的油和氣的可靠生產和處理是重要的。通常，輸電要求對于中等至大型油/氣田大約為一百兆瓦特。

對于大電力通過長距離傳送到海上位置的應用，交流(AC)傳輸面臨技術難題，其在傳輸距離超過一百公里時變得更為顯著。從分布的海底電纜電容器所吸取的顯著的無功功率抑制電力輸送能力以及增加系統(tǒng)成本。

直流(DC)傳輸對較長距離比AC傳輸更為有效。中壓(MV)或高壓(HV)DC傳輸通常要求功率電子轉換器，其能夠在HV AC與HV DC之間進行轉換。在常規(guī)轉換器拓撲中，轉換器的各開關設計成操控高壓，其范圍可從數十千伏至數百千伏，這取決于應用需要。這類開關通常采用若干半導體器件(例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和晶閘管)的串聯連接來設置。另一種方法是使用較低額定電壓的模塊中的開關，并且通過串聯連接與應用要求同樣多的模塊來取得高電壓。由于海底的特殊應用，接收端轉換器需要基于模塊化來設計，其易于運輸、海用化、安裝和回收。

發(fā)明內容

在一個實施例中，高壓DC(HVDC)電力系統(tǒng)包括：多個發(fā)送端(SE)模塊，其電串聯耦合，并且分為關于電接地各自獨立地進行操作的至少兩組；以及多個接收端(RE)功率轉換器模塊，其電耦合到多個SE模塊，多個RE功率轉換器模塊包括快速接地故障檢測和控制裝置，多個RE功率轉換器模塊包括接收端前端DC-DC轉換器控制器和輸出電流衰減控制。

在另一個實施例中，高壓DC(HVDC)電力系統(tǒng)控制和保護的方法包括將多個負載耦合到接收端(RE)配電系統(tǒng)，該RE配電系統(tǒng)配置為配置成關于接地各自獨立地進行操作的多個單極分配系統(tǒng)，多個負載的各個經過相應負載分配電纜和相應RE負載功率轉換模塊來耦合到RE配電系統(tǒng)的分支。該方法還包括檢測分支中的接地故障，將跨與分支關聯的負載分配電纜的導體的旁路開關閉合以使來自分支的負載電流旁路，使關聯單極分配系統(tǒng)中的電流斜降，當單極分配系統(tǒng)電流接近零時斷開接地故障隔離開關，以及使關聯單極分配系統(tǒng)中的電流斜升，以在接地故障影響的分支被隔離的同時向單極分配系統(tǒng)中的其它負載供電。

在又一個實施例中，高壓DC(HVDC)電力系統(tǒng)的海底接收端(RE)組件包括電串聯耦合并且具有關聯負載段分配保護裝置的多個接收端(RE)功率轉換器模塊分支，對負載的各分支，各個RE功率轉換器模塊以三相交流(AC)電力向相應負載供電，各負載段包括快速接地故障檢測系統(tǒng)，其中快速接地故障檢測系統(tǒng)包括：第一電流傳感器，配置成測量進入負載分配電纜的負載電流；第二電流傳感器，配置成測量從負載分配電纜向下游進入RE功率轉換器模塊的負載電流；接地故障檢測器，配置成將第一和第二電流傳感器所測量的殘余共模電流與閾值進行比較，并且生成接地故障命令；以及負載隔離裝置，配置成基于所生成的接地故障命令來將接地故障與HVDC電力系統(tǒng)隔離。

附圖說明