[發明專利]一種柔性直流輸電系統孤島換流站啟動充電裝置和方法

有效

• 申請號: 201811122920.5
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109412187B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 郭賢珊;李云豐;章德;龐輝;賀之淵;馬巍巍;別曉玉
• 申請（專利權）人: 國家電網有限公司;國網湖南省電力有限公司經濟技術研究院;全球能源互聯網研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明提供了一種柔性直流輸電系統孤島換流站啟動充電裝置和方法，所述換流站配置包括啟動充電裝置，該裝置主電路由并聯的啟動電阻和旁路開關構成，啟動裝置與線路開關串聯于換流站的直流側；所述充電方法包括：保持旁路開關斷開，閉合線路開關進行不可控充電，基于充電電流和直流電壓值確定是否結束不可控充電；結束不可控充電后進入可控主動充電，基于充電電流和直流電壓值確定是否結束可控主動充電；切除啟動電阻完成充電。本發明提供的技術方案能夠在不觸發柔性直流輸電系統保護的情況下完成孤島換流站的平滑無沖擊啟動充電。

技術領域

本發明涉及柔性直流輸電領域，具體涉及一種無沖擊的柔性直流輸電系統孤島換流站平滑啟動充電裝置和方法。

背景技術

基于模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)的柔性直流輸電技術(high voltage direct current，HVDC)以其優越的性能在近來年得到快速發展，從最初的兩端工程逐漸發展至五端工程以及具有網孔結構的直流電網工程。伴隨著工程端數的增多以及網絡架構的復雜，柔直工程的電壓和功率等級雙雙均大幅度提高。采用具有自關斷能力的絕緣柵雙極型晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor,IGBT)的換流站可以為具有無源網絡性質的孤島和海上作業平臺等負載供電，也能為弱電網提供支撐，為新能源接入系統帶來了新的發展機遇，同時也面臨著多方面的挑戰，例如孤島換流站如何在不影響系統其它換流站正常運行的情況下啟動充電并投入系統運行的挑戰。

換流站系統正常運行的前提是閥設備、測量裝置、控保設備、驅動系統等能夠正常上電取能，其中子模塊(sub-module,SM)電容電壓的上電尤為重要，功率器件的驅動控制需要在子模塊電容上進行取電。子模塊電容電壓的啟動充電方式分為他勵和自勵兩種，他勵啟動充電方式具有操作繁瑣、啟動時間長、充電設備成本高且占地面積大等缺點，難以應用在高壓大容量的輸電工程；自勵啟動充電方式具有操作簡單、經濟靈活、可控性高等優點，是當前實際柔性直流輸電工程常用的啟動充電方式。

連接有源電網的換流站既可以通過所連交流網絡啟動充電，也能通過直流側網絡啟動充電，當前大多數都是連接有源網絡，交流電網給換流站啟動充電是采用的方式，然而連接無源電網的換流站不能通過交流電網充電，只能通過直流網絡對其進行啟動充電。對于柔直換流站啟動充電方案，不同的學者提出了不同的交流側和直流側自勵啟動充電方案，在一定程度上較好地解決了柔直系統啟動充電問題。

現有的方案雖然能夠在一定程度上解決柔性直流系統啟動充電問題，但它們均具有統一的缺陷，即換流站的啟動投入需要其余換流站的配合，需要停運其它換流站之后重新啟動才能正常充電，因此在一定程度上影響柔直系統的正常運行。隨著今后柔性直流輸電系統端數增大以及網絡結構更加復雜，實際工程中不能為了投入單個換流站而停下某個換流站或者是整個系統，也不能在換流站啟動投入期間觸發了柔性直流輸電系統的保護而導致某些個換流站保護動作閉鎖，因此單個換流站的啟動投入不能造成柔直系統停運是最基本的條件之一。換流站的啟動投入應該與變壓器接入交流系統一樣，在滿足一定條件的情況下，其啟動投入應具有一定的隨意性、安全性、可靠性，最好能在不改變系統運行方式的情況下平滑無沖擊地投入。

發明內容

針對單個柔性直流輸電系統換流站如何有效啟動充電的問題，本發明提出一種無沖擊的柔性直流輸電系統孤島換流站平滑啟動充電裝置和充電方法，該法提出了在孤島換流站直流側配置啟動裝置方案來解決其啟動充電問題，進而提出一種孤島換流站投入柔性直流輸電系統的順序控制流程，能夠在不觸發柔性直流輸電系統保護的情況下完成孤島換流站的平滑無沖擊啟動充電。

本發明提供的技術方案是：

一種無沖擊的柔性直流輸電系統孤島換流站啟動充電裝置，其特征在于，所述啟動充電裝置與線路開關串聯于換流站的直流側，用于限制孤島換流站通過直流側進行充電過程中的沖擊電流；所述啟動充電裝置的主電路包括并聯的啟動電阻和旁路開關。

優選的，所述啟動電阻值根據電路實際情況計算確定。