專利名稱：接地故障之后的對稱hvdc單極輸電線的電壓平衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及高壓直流(HVDC)輸電，以及更具體來說，涉及在對稱單極HVDC輸電網(wǎng)中發(fā)生暫時接地故障的情況下的電壓平衡。
背景技術(shù)：
HVDC輸電因?qū)Υ箅娏斔秃突ミB輸配電系統(tǒng)的持續(xù)增長的需要而變得越來越重要。HVDC電網(wǎng)通常包括多個終端，用于使用例如電壓源換流器(VSC)來轉(zhuǎn)換交流(AC)電源供通過HVDC輸電線進(jìn)行傳輸。在電網(wǎng)中，終端可連接到多個終端，從而產(chǎn)生不同類型的拓?fù)?。這種多終端電網(wǎng)實現(xiàn)有效的擁塞管理，并且具有針對擾動的改進(jìn)穩(wěn)定性。通常，只基于電纜的輸電線主要遭遇永久線路故障，而包括高架線的輸電線可遭遇永久和暫時線路故障兩者。具體來說，因雷電引起的暫時故障比永久線路故障更頻繁得多，從而使清除故障之后的重啟是合乎需要的。在包括兩個極的對稱單極輸電線的情況下，電壓不平衡可在極的其中之一上發(fā)生接地故障的情況下發(fā)生。為了便于在發(fā)生暫時接地故障的情況下自動重啟，期望消除電壓不平衡。電壓不平衡例如可利用與DC斬波器相結(jié)合的放電電阻器來消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供上述技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)的更有效的備選方案。更具體來說，本發(fā)明的一個目的是提供對稱單極高壓直流(HVDC)輸電線中的電壓不平衡的改進(jìn)處理。借助于具有如獨立權(quán)利要求1定義的特征的電壓平衡單元以及借助于如獨立權(quán)利要求9定義的電壓平衡的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的這些及其它目的。通過從屬權(quán)利要求來表示本發(fā)明的實施例的特征。為了便于描述本發(fā)明，采用標(biāo)么(p.u.)制，它允許將系統(tǒng)量表示為所定義基本單位量的小數(shù)。在其余方面，假定HVDC網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)極到接地電壓為一，即等于1.0 p.U.。對應(yīng)地，基準(zhǔn)極到極電壓等于2.0 p.U.?；鶞?zhǔn)電壓又稱作正常電壓。按照本發(fā)明的第一方面，提供一種用于對稱單極HVDC輸電線的電壓平衡單元。輸電線布置用于互連第一電壓源換流器(VSC)和第二 VSC。輸電線包括第一極、第二極和兩對第一避雷器。第一對第一避雷器布置在輸電線的第一端。第二對第一避雷器布置在輸電線的第二端。任一對的第一避雷器連接在第一極與接地之間。任一對的第二避雷器連接在第二極與接地之間。第一避雷器具有第一操作沖擊保護(hù)水平(switching impulseprotective level,SIPL)。電壓平衡單元包括第二避雷器對和開關(guān)裝置。第二避雷器具有第二 SIPL。第二 SIPL小于第一 SIPL。開關(guān)裝置布置用于響應(yīng)確定第一極與第二極之間存在電壓不平衡而連接第二避雷器。更具體來說，開關(guān)裝置布置用于將第二避雷器對的第一避雷器連接在第一極與接地之間以及將第二避雷器對的第二避雷器連接在第二極與接地之間。開關(guān)裝置還布置用于響應(yīng)確定清除電壓不平衡而切斷第二避雷器。
按照本發(fā)明的第二方面，提供對稱單極HVDC輸電線中的電壓平衡的方法。輸電線布置用于互連第一 VSC和第二 VSC。輸電線包括第一極、第二極和兩對第一避雷器。第一對第一避雷器布置在輸電線的第一端。第二對第一避雷器布置在輸電線的第二端。任一對的第一避雷器連接在第一極與接地之間。任一對的第二避雷器連接在第二極與接地之間。第一避雷器具有第一 SIPL。該方法包括下列步驟:提供第二避雷器對；響應(yīng)確定存在第一極與第二極之間的電壓不平衡而連接第二避雷器；以及響應(yīng)確定清除電壓不平衡而切斷第二避雷器。更具體來說，通過將第二避雷器對的第一避雷器連接在第一極與接地之間以及將第二避雷器對的第二避雷器連接在第二極與接地之間，來連接第二避雷器。第二避雷器具有第二 SIPL。第二 SIPL小于第一 SIPL。在對稱單極的HVDC配電網(wǎng)中的極的其中之一上發(fā)生接地故障的情況下，因為VSC的極之間的正常電壓等于2.0 p.u.，所以健全極的電壓將升高。所產(chǎn)生的過電壓可由第一避雷器來限制，第一避雷器設(shè)計成耐受網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間的正常電壓以及故障期間的增加的電壓。然而，過電壓還在健全極上構(gòu)成接地故障的風(fēng)險。因此，在清除故障之后，在重啟輸電網(wǎng)之前應(yīng)當(dāng)平衡電壓。本發(fā)明利用如下理解:通過暫時連接具有比第一避雷器明顯更低的SIPL的第二避雷器以用于將極電壓限制到接近正常電壓的等級，可消除對稱單極HVDC輸電線上的電壓不平衡，S卩，可平衡兩個極上的電壓。為了避免第二避雷器的過載，優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)在清除故障之后連接第二避雷器。本發(fā)明的實施例是有利的，因為它比基于放電電阻器和DC斬波器的解決方案更便宜并且更快。按照本發(fā)明的實施例，電壓不平衡由接地故障引起。接地故障例如可在輸電線的任何一個極上發(fā)生。而只包括地下電纜的輸電線主要遭受實芯電纜絕緣的擊穿所引起的永久故障，暫時故障在具有作為絕緣介質(zhì)的空氣的高架線上是普遍的。當(dāng)電弧之后的電離消失之后，空氣的絕緣能力得以恢復(fù)，并且由此清除故障。高架線中的暫時故障頻繁地由雷電引起。此外，電壓不平衡也可由VSC的相的其中之一上的接地故障來引起。本發(fā)明的實施例是有利的，因為它便于在暫時接地故障的情況下自動重啟HVDC輸電系統(tǒng)。按照本發(fā)明的實施例，第二避雷器對布置在輸電線的任何一端。例如，第二避雷器可布置在VSC的終端處，輸電線可連接到該終端。這是有利的，因為輸電線的低浪涌阻抗便于在清除故障之后切斷第二避雷器。還將會理解，可使用兩對第二避雷器，一對布置在輸電線的第一端，而另一對布置在輸電線的第二端。按照本發(fā)明的實施例，第一 SIPL在1.8至2.0標(biāo)幺(p.u.)的范圍中，以及第二SIPL在1.15至1.20 p.u.的范圍中。將會理解，第一 SIPL和第二 SIPL的準(zhǔn)確值取決于特定規(guī)范和要求。按照本發(fā)明，第二 SIPL應(yīng)當(dāng)比第一 SIPL明顯更低，并且應(yīng)當(dāng)具有接近基準(zhǔn)極到接地電壓的值。按照本發(fā)明的實施例，開關(guān)裝置包括高速開關(guān)(HSS)對和切斷開關(guān)對。第一HSS與第二避雷器對的第一避雷器串聯(lián)連接。第二 HSS與第二避雷器對的第二避雷器串聯(lián)連接。HSS在正常操作下處于斷開狀態(tài)。第一切斷開關(guān)與第二避雷器對的第一避雷器串聯(lián)連接。第二切斷開關(guān)與第二避雷器對的第二避雷器串聯(lián)連接。切斷開關(guān)在正常操作下處于閉合狀態(tài)。開關(guān)裝置還布置用于響應(yīng)確定存在電壓不平衡而閉合HSS。開關(guān)裝置還布置用于響應(yīng)確定清除電壓不平衡而斷開切斷開關(guān)、斷開HSS以及閉合切斷開關(guān)。為了避免過載，優(yōu)選的是，在清除故障之后，即，在出故障極與接地之間的短路已經(jīng)消失之后，首先連接第二避雷器。但是，為了最小化擾動的持續(xù)時間，故障的清除與第二避雷器的連接之間的時間不應(yīng)當(dāng)過長，優(yōu)選地在50至100 ms的范圍之內(nèi)。本發(fā)明的實施例是有利的，因為它構(gòu)成一種開關(guān)布置，該開關(guān)布置允許在接地故障的清除之后快速連接第二避雷器，以及隨后允許在極上的電壓降低到接近正常電壓的值時切斷第二避雷器，即使第二避雷器加載有電流。作為備選方案，開關(guān)裝置可利用HVDC斷路器。按照本發(fā)明的實施例，提供一種HVDC輸電單兀。該輸電單兀包括第一 VSC、對稱單極輸電線和電壓平衡單元。第一 VSC包括交流(AC)側(cè)和DC側(cè)。第一 VSC的AC側(cè)可連接到第一 AC網(wǎng)絡(luò)。輸電線布置用于將第一 VSC的DC側(cè)與第二 VSC的DC側(cè)互連。第二 VSC的AC側(cè)可連接到第二 AC網(wǎng)絡(luò)。輸電線包括第一極和第二極。為HVDC輸電單元提供按照本發(fā)明的實施例的電壓平衡單元是有利的，因為它用如以上所述消除輸電線上的電壓不平衡的方法，來幫助暫時接地故障之后的自動重啟。按照本發(fā)明的實施例，輸電單元還包括AC斷路器。AC斷路器布置用于響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將第一 VSC從第一 AC網(wǎng)絡(luò)切斷。AC斷路器還布置用于響應(yīng)確定清除電壓不平衡而將第一 VSC重新連接到第一 AC網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選地，響應(yīng)確定清除電壓不平衡和/或清除接地故障而將第一 VSC重新連接到第一 AC網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的實施例允許切斷對故障供電的AC網(wǎng)絡(luò)。這在使用VSC時是有利的，因為換流器無法//T腐電流，并且換流器的二極管橋?qū)央娏黟伻牍收稀?yōu)選地，在連接第二避雷器之前應(yīng)當(dāng)切斷對故障供電的AC網(wǎng)絡(luò)。還將會理解，可利用第二 AC斷路器，第二 AC斷路器布置用于響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將第二 VSC與第二 AC網(wǎng)絡(luò)切斷，以及響應(yīng)確定清除電壓不平衡和/或清除接地故障而將第二VSC重新連接到第二 AC網(wǎng)絡(luò)。按照本發(fā)明的實施例，輸電單元還包括DC斷路器對。DC斷路器布置用于響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將輸電線從第一 VSC切斷。DC斷路器還布置用于響應(yīng)確定清除電壓不平衡而將輸電線重新連接到第一 VSC。優(yōu)選地，響應(yīng)確定清除電壓不平衡和/或清除接地故障而將輸電線重新連接到第一 VSC。為輸電線提供DC斷路器允許在連接第二避雷器之前切斷將電流饋入故障的終端。具體來說，這在包括與多個其它換流器互連的換流器的多終端HVDC電網(wǎng)中是有利的。還將會理解，可利用第二對DC斷路器，第二對DC斷路器布置用于響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將輸電線從第二 VSC切斷，以及響應(yīng)確定清除電壓不平衡和/或清除接地故障而將輸電線重新連接到第二 VSC。雖然在一些情況下參照按照本發(fā)明的第一方面的電壓平衡單元的實施例描述了本發(fā)明的優(yōu)點，但是對應(yīng)的推論適用于按照本發(fā)明的第二方面的方法的實施例。還將會理解，可設(shè)想包括兩個以上終端、換流器或VSC以及與終端互連的多個輸電線的HVDC電網(wǎng)的本發(fā)明的實施例。在這種多終端電網(wǎng)中，每個VSC可提供有用于將VSC從其相應(yīng)AC網(wǎng)絡(luò)切斷的AC斷路器。此外，各輸電線可在任一端包括DC斷路器，使得可通過使那條線路的DC斷路器跳閘，來將有故障輸電線與任一終端隔離。當(dāng)閱讀以下詳細(xì)公開、附圖和所附權(quán)利要求書時，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，本發(fā)明的不同特征能夠相結(jié)合以創(chuàng)建除了以下所述的那些實施例之外的實施例。


通過以下參照附圖對本發(fā)明的實施例的說明性而非限制性的詳細(xì)描述，將會更好地了解本發(fā)明的上述以及另外的目的、特征和優(yōu)點，其中:
圖1示出對稱單極HVDC輸電系統(tǒng)。圖2示出AC-DC換流器。圖3示出按照本發(fā)明的實施例的HVDC輸電系統(tǒng)。圖4示出按照本發(fā)明的另一實施例的HVDC輸電系統(tǒng)。圖5示出按照本發(fā)明的實施例的電壓平衡單元。所有附圖都是示意性的，而不一定按比例繪制，并且一般僅示出必要的部分，以便闡明本發(fā)明，其中可省略或者只是建議其它部分。
具體實施例方式為了便于描述本發(fā)明，圖1中概述對稱單極HVDC輸電系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是諸如多終端HVDC電網(wǎng)之類的較大HVDC輸電或配電系統(tǒng)的一部分。輸電系統(tǒng)100包括兩個AC-DC換流器101、102，AC-DC換流器101、102通過包括兩個極(即導(dǎo)線104、105)的對稱單極輸電線103來互連。輸電線103可基于電纜、高架線或者它們的組合。一般來說，輸電線103可包括多段106和107，每段基于電纜或者高架線。此夕卜，輸電系統(tǒng)100包括三對第一避雷器121-126。第一對第一避雷器121和122布置在輸電線103的第一端,第二對第一避雷器125和126布置在輸電線103的第二端，以及第三對第一避雷器123和124布置在輸電線段106和107的接合處。通常，如果段106和107的其中之一是高架線而另一段是電纜線，則采用第三對第一避雷器123和124。避雷器121-126的目的是保護(hù)電纜免受因電纜末端(即輸電線103的極104和105的末端)的反射引起的過電壓。第一避雷器121-126的SIPL大約為1.8 p.u.。輸電系統(tǒng)100例如可用于將電力從第一 AC網(wǎng)絡(luò)108傳送到第二 AC網(wǎng)絡(luò)109，或者反過來。圖2中，例示AC-DC換流器，例如參照圖1所述的換流器101和102。AC-DC換流器200包括變壓器201、諸如電抗器202之類的線路濾波器或平滑設(shè)備以及VSC 203。換流器200還可包括AC斷路器204。VSC 203包括三個閥對，每個AC相一個。每個閥207包括若干串聯(lián)連接的二極管絕緣柵雙極晶體管(IGBT)對，每對的二極管和晶體管相對于彼此反并聯(lián)連接。在205，可連接AC網(wǎng)絡(luò)，以及在206可連接HVDC輸電線，例如參照圖1所述的輸電線103。參照圖3，描述本發(fā)明的實施例。圖3中，示出HVDC輸電系統(tǒng)300。系統(tǒng)300與參見圖1所述的HVDC輸電系統(tǒng)100相似，并且包括:兩個AC-DC換流器301和302，其可分別連接到AC網(wǎng)絡(luò)308和309 ;以及輸電線303，其互連兩個換流器301和302。輸電線303包括兩個極304和305。為了簡潔起見，與圖1所示的輸電線103相反輸電線303僅包括一段，并且只基于高架線。系統(tǒng)300包括布置在輸電線303的任一端的兩對第一避雷器321-324。輸電系統(tǒng)300還包括電壓平衡單元330。電壓平衡單元330包括兩個第二避雷器331和332以及兩個開關(guān)裝置333和334。避雷器331和開關(guān)裝置333串聯(lián)連接，以及開關(guān)裝置333布置用于在開關(guān)裝置333處于閉合狀態(tài)的條件下將避雷器331連接在輸電線303的第一極304與接地之間。對應(yīng)地，避雷器332和開關(guān)裝置334串聯(lián)連接，以及開關(guān)裝置334布置用于在開關(guān)裝置334處于閉合狀態(tài)的條件下將避雷器332連接在輸電線303的第二極305與接地之間。在正常操作期間，開關(guān)裝置333和334處于斷開狀態(tài)。為了便于描述本發(fā)明，具體來說是電壓平衡單元330，假定第二極305遭受暫時接地故障311，S卩，極305與接地之間的暫時短路。該故障可能由雷電引起。此外，假定輸電系統(tǒng)300的基準(zhǔn)極到接地電壓為1.0 p.u.，以及第一和第二避雷器的SIPL分別為大約1.8和 1.2 p.U.。在接地故障311的過程中，健全極304的電壓將上升高到大約1.8 p.u.,由第一避雷器321-324所限制。通過避雷器321和323的電流由參照圖2所述的電抗器202來限制，直到通過切斷對故障供電的AC網(wǎng)絡(luò)來消除故障電流為止。有故障極305的導(dǎo)線通過故障來放電，以及由換流器301通過健全極304所饋送的故障電流將比較低，因為健全極304的電壓受到避雷器321和323限制?？赏ㄟ^斷開布置在換流器301和/或302處的AC斷路器(例如參照圖2所述的斷路器204)，來消除故障電流。當(dāng)AC斷路器斷開時，開關(guān)裝置333和334閉合，使得避雷器331連接在第一極304與接地之間，以及避雷器332連接在第二極305與接地之間。由于連接第二避雷器331和332，健全極304的電壓將降低到大約1.2 p.u.，即接近基準(zhǔn)極到接地電壓。當(dāng)連接第二避雷器331和332時，有故障極305的電壓不受影響。當(dāng)清除極305上的故障時，即，當(dāng)極305與接地之間的暫時短路已經(jīng)消失時，可重啟輸電。這可通過閉合換流器301和302處的AC斷路器，從而產(chǎn)生大約1.1-1.2 p.u.的暫時極到極電壓來實現(xiàn)。一旦VSC同步了閥控制，極到極電壓降低到大約0.95-1.05 p.u.。最后，通過斷開開關(guān)裝置333和334，由此切斷第二避雷器331和332，來完成重啟。參照圖4,描述本發(fā)明的另一個實施例。圖4不出HVDC輸電系統(tǒng)400,其中包括:三個換流器401、402和403，其分別連接到AC網(wǎng)絡(luò)404、405和406 ；以及HVDC輸電線407和408。輸電線407互連換流器401和402，而輸電線408互連換流器401和403。對于其余方面，假定輸電線407只基于高架線，而輸電線408可基于電纜或高架線。各輸電線包括兩個極409和410。輸電線407和408還可包括DC斷路器441-448(在圖4中標(biāo)記為交叉)用于如果例如在線路上發(fā)生故障的情況下隔離輸電線，則將輸電線從其換流器切斷。例如，如果將要隔離輸電線407，則使DC斷路器441-444跳閘，即斷開。此外，各輸電線在任一端包括第一避雷器對421-428。附加第一避雷器(圖4中未示出)可在換流器側(cè)DC斷路器441-448布置，每個換流器401-403 —對。另外，輸電系統(tǒng)400包括電壓平衡單元431-433，例如參照圖3所述的電壓平衡單元330。為了不混淆附圖，圖4中省略了與電壓平衡單元431-433中包括的第二避雷器和開關(guān)裝置相關(guān)的附圖標(biāo)記。為了便于描述本發(fā)明，假定輸電系統(tǒng)400的基準(zhǔn)極到接地電壓為1.0 p.u.,以及第一和第二避雷器的SIPL分別為大約1.8和1.2 p.u.。在輸電線407的第二極410上發(fā)生暫時接地故障411的情況下，輸電線407的健全第一極409的電壓將升高到大約1.8 p.u.，由第一避雷器421-424所限制?？赏ㄟ^斷開DC斷路器441-444來隔離輸電線407。然后，可經(jīng)由電壓平衡單元432來平衡換流器402處的電壓?？蛇x地，換流器401和403處以及輸電線408上的電壓可分別利用電壓平衡單元431和433來平衡。通過如參照圖3所述閉合電壓平衡單元431-433中包括的開關(guān)裝置，由此連接第二避雷器，來實現(xiàn)電壓平衡。在清除故障之后，可通過如參照圖3所述斷開電壓平衡單元431-433中包括的開關(guān)裝置，由此切斷第二避雷器，并且隨后閉合DC斷路器443和444以及DC斷路器441和422，來重啟輸電線407。在換流器403中發(fā)生接地故障，例如參照圖2所述的變壓器201與VSC 203之間的三個相的其中之一上發(fā)生接地故障210的情況下，兩個極409和410的電壓均將升高到大約1.8 p.u.，由第一避雷器421-428所限制?？赏ㄟ^斷開換流器403的AC斷路器(例如圖2所示的AC斷路器204)以及DC斷路器447和448來隔離換流器403。在清除故障之后，通過如參照圖3所述的那樣連接電壓平衡單元431和432中包括的第二避雷器，可平衡輸電線的電壓，即將其降低到接近正常值。在圖5中，示出電壓平衡單元的實施例。電壓平衡單元500與分別參照圖3和圖4所述的電壓平衡單元330和431-433相似，并且包括兩個第二避雷器501和502以及開關(guān)裝置503和504，開關(guān)裝置503和504布置用于將任一個避雷器501和502分別連接在極505、506與接地之間。電壓平衡單元500例如可布置用于在確定存在極505與506之間的電壓不平衡時實現(xiàn)極與接地之間的避雷器501和502的連接?？蛇x地，可響應(yīng)確定已經(jīng)切斷故障(例如通過如上所述使斷路器跳閘)來實現(xiàn)該連接。參照圖5，開關(guān)裝置503和504的每個可分別包括HSS 507和508以及切斷開關(guān)509和510。由于HSS沒有中斷通過避雷器501或502的靜在電流的能力，所以可采用HSS與切斷開關(guān)的串聯(lián)連接。HSS 507與切斷開關(guān)509和避雷器501串聯(lián)連接，而HSS 508與切斷開關(guān)510和避雷器502串聯(lián)連接。在正常操作期間，切斷開關(guān)509和510閉合，而HSS507和508斷開。在發(fā)生接地故障的情況下，HSS 507和508閉合，由此分別建立極505與接地之間的避雷器501的連接和極506與接地之間的避雷器避雷器502的連接。隨后，在清除故障之后，切斷開關(guān)509和510斷開，由此切斷避雷器501和502。最后，HSS 507和508斷開并且切斷開關(guān)509和510閉合，由此恢復(fù)正常操作下的電壓平衡單元500的狀況。具有包括HSS和切斷開關(guān)兩者的開關(guān)裝置的本發(fā)明的實施例是有利的，因為它比采用HVDC斷路器的實施例更便宜。通過串聯(lián)連接HSS和切斷開關(guān)，可利用HSS和切斷開關(guān)的不同特性。更具體來說，在參照圖5所述的電壓平衡單元500中，結(jié)合了 HSS 507和508的短閉合時間以及切斷開關(guān)509和510的較大電流中斷能力。但是，將會理解，可使用單個開關(guān)設(shè)備(例如HVDC斷路器)來代替如圖5所示組合HSS和切斷開關(guān)。例如，開關(guān)裝置503和504可以是具有充分短的閉合時間和充分大的直流中斷能力的HVDC斷路器。使用具有短閉合時間的開關(guān)裝置是有利的，因為可最小化擾動的持續(xù)時間。另一方面，需要充分的直流中斷能力，以便在將要切斷第二避雷器時中斷通過第二避雷器的直流。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，本發(fā)明絕不是局限于上述實施例。相反，在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，許多修改和變型是可能的?？傊?，提供一種用于互連兩個VSC的對稱單極HVDC輸電線的電壓平衡單元，該輸電線包括具有第一 SIPL的第一避雷器。電壓平衡單元包括:第二避雷器對，其具有比第一SIPL更小的第二 SIPL ;以及開關(guān)裝置，其布置用于在輸電線上發(fā)生電壓不平衡的情況下暫時將第一避雷器連接在任一極與接地之間。本發(fā)明利用如下理解:可通過暫時連接具有比第一避雷器明顯更低的SIPL的第二避雷器以用于將極電壓限制到接近正常電壓的等級，來消除輸電線上的電壓不平衡。此外，提供電壓平衡的方法。電壓不平衡可由于雷電引起接地故障而發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種布置用于互連第一電壓源換流器(203 ;301 ;401)VSC和第二 VSC (203 ；302 ；402,403)的對稱單極高壓直流HVDC輸電線(303 ；407,408)的電壓平衡單元(330 ；431-433 ;500)，所述輸電線包括: 第一極(304 ；409 ；505)和第二極(305 ；410 ；506);以及 兩對第一避雷器，第一對(321, 322 ;421，422,425,426)布置在所述輸電線的第一端，并且第二對(323，324 ;423，424，427，428)布置在所述輸電線的第二端，任一對的第一避雷器(321，323 ;421，423，425，427)連接在所述第一極與接地之間，并且任一對的第二避雷器(322，324 ;422，424，426，428)連接在所述第二極與接地之間，所述第一避雷器具有第一操作沖擊保護(hù)水平SIPL， 所述電壓平衡單元包括: 第二避雷器對(331，332 ;501，502)，其具有比所述第一 SIPL更小的第二 SIPL，以及 開關(guān)裝置(333，334 ;503，504)，其布置用于: 響應(yīng)確定存在所述第一極與所述第二極之間的電壓不平衡而將所述第二避雷器對的第一避雷器(331 ；501)連接在所述第一極與接地之間并且將所述第二避雷器對的第二避雷器(332 ；502)連接在所述第二極與接地之間，以及 響應(yīng)確定清除所述電壓不平衡而切斷所述第二避雷器。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓平衡單元，其中，所述電壓不平衡由接地故障(210;311;411)引起。
3.如權(quán)利要求1所述的電壓平衡單元，其中，所述第二避雷器對布置在所述輸電線的任何一端。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓平衡單元，其中，所述第一SIPL在1.8至2.0標(biāo)幺p.u.的范圍中，以及所述第二 SIPL在1.15至1.20 p.u.的范圍中。
5.如權(quán)利要求1所述的電壓平衡單元(500)，其中，所述開關(guān)裝置(503，504)包括: 高速開關(guān)HSS對，第一 HSS (507)與所述第二避雷器對的所述第一避雷器(501)串聯(lián)連接，并且第二 HSS(508)與所述第二避雷器對的所述第二避雷器(502)串聯(lián)連接，所述HSS在正常操作下處于斷開狀態(tài)，以及 切斷開關(guān)對，第一切斷開關(guān)(509)與所述第二避雷器對的所述第一避雷器(501)串聯(lián)連接，并且第二切斷開關(guān)(510)與所述第二避雷器對的所述第二避雷器(502)串聯(lián)連接，所述切斷開關(guān)在正常操作下處于閉合狀態(tài)， 其中所述開關(guān)裝置還布置用于: 響應(yīng)確定存在電壓不平衡而閉合所述HSS，以及 響應(yīng)確定清除所述電壓不平衡而: 斷開所述切斷開關(guān)， 斷開所述HSS，以及 閉合所述切斷開關(guān)。
6.一種高壓直流HVDC輸電單元(300 ;400)，包括: 第一電壓源換流器(203 ；301 ;401)VSC，其包括交流AC側(cè)和直流DC側(cè)，所述第一 VSC的AC側(cè)能連接到第一 AC網(wǎng)絡(luò)(205 ；308 ；404)， 對稱單極輸電線(303 ;407，408)，其布置用于互連所述第一 VSC的DC側(cè)和第二VSC (203 ；302 ;402，403)的DC側(cè)，所述第二 VSC的AC側(cè)能連接到第二 AC網(wǎng)絡(luò)(205 ；309 ；.405，406)，所述輸電線包括第一極(304 ；409 ；505)和第二極(305 ；410 ；506)，以及如權(quán)利要求1-5中的任一項所述的電壓平衡單元(330 ；.431-433 ；500)。
7.如權(quán)利要求6所述的HVDC輸電單元，還包括AC斷路器(204)，所述AC斷路器(204)布置用于: 響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將所述第一 VSC從所述第一 AC網(wǎng)絡(luò)切斷，以及 響應(yīng)確定清除所述電壓不平衡而將所述第一 VSC重新連接到所述第一 AC網(wǎng)絡(luò)。
8.如權(quán)利要求6所述的HVDC輸電單元，還包括DC斷路器對(441-448)，所述DC斷路器對(441-448)布置用于: 響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將所述輸電線從所述第一 VSC切斷，以及 響應(yīng)確定清除所述電壓不平衡而將所述輸電線重新連接到所述第一 VSC。
9.一種在布置用于互連第一電壓源換流器(203 ；301 ;401)VSC和第二VSC (203 ；302 ；402,403)的對稱單極高壓直流HVDC輸電線(303 ;407，408)中的電壓平衡的方法，所述輸電線包括: 第一極(304 ；409 ；505)和第二極(305 ；410 ；506);以及 兩對第一避雷器，第一對(321, .322 ;421，.422,425,426)布置在所述輸電線的第一端，并且第二對(323，324 ;423，424，427，428)布置在所述輸電線的第二端，任一對的第一避雷器(321，323 ;421，423，425，427)連接在所述第一極與接地之間，并且任一對的第二避雷器(322，324 ;422，424，426，428)連接在所述第二極與接地之間，所述第一避雷器具有第一操作沖擊保護(hù)水平SIPL， 所述方法包括下列步驟: 提供具有比所述第一 SIPL更小的第二 SIPL的第二避雷器對(331，332 ;501，502)，響應(yīng)確定存在所述第一極與所述第二極之間的電壓不平衡而將所述第二避雷器對的第一避雷器(331 ；501)連接在所述第一極與接地之間并且將所述第二避雷器對的第二避雷器(332 ；502)連接在所述第二極與接地之間，以及 響應(yīng)確定清除所述電壓不平衡而切斷所述第二避雷器。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述電壓不平衡由接地故障(210;311;411)引起。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第二避雷器對連接在所述輸電線的任何一端。
12.如權(quán)利要求9所述的方法單元，其中，所述第一SIPL在1.8至2.0標(biāo)幺p.u.的范圍中，以及所述第二 SIPL在1.15至1.20 p.u.的范圍中。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括: 提供高速開關(guān)HSS對，第一 HSS (507)與所述第二避雷器對的所述第一避雷器(501)串聯(lián)連接，并且第二 HSS (508)與所述第二避雷器對的所述第二避雷器(502)串聯(lián)連接，所述HSS在正常操作下處于斷開狀態(tài)，以及 提供切斷開關(guān)對，第一切斷開關(guān)(509)與所述第二避雷器對的所述第一避雷器(501)串聯(lián)連接，并且第二切斷開關(guān)(510)與所述第二避雷器對的所述第二避雷器(502)串聯(lián)連接，所述切斷開關(guān)在正常操作下處于閉合狀態(tài)，其中連接所述第二避雷器的步驟包括: 閉合所述HSS， 并且其中切斷所述第二避雷器的步驟包括: 斷開所述切斷開關(guān)， 斷開所述HSS，以及 閉合所述切斷開關(guān)。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一VSC能連接到第一 AC網(wǎng)絡(luò)(205 ；308 ；404)，所述方法還包括 下列步驟: 響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將所述第一 VSC從所述第一 AC網(wǎng)絡(luò)切斷，以及 響應(yīng)確定清除所述電壓不平衡而將所述第一 VSC重新連接到所述第一 AC網(wǎng)絡(luò)。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括下列步驟: 響應(yīng)確定存在電壓不平衡而將所述輸電線從所述第一 VSC切斷，以及 響應(yīng)確定清除所述電壓不平衡而將所述輸電線重新連接到所述第一 VSC。
全文摘要
提供一種用于互連兩個電壓源換流器(VSC)(301、302)的對稱單極高壓直流(HVDC)輸電線(303)的電壓平衡單元(330)，該輸電線包括具有第一操作沖擊保護(hù)水平(SIPL)的第一避雷器(321-324)。電壓平衡單元包括第二避雷器對(331、332)，其具有比第一SIPL更小的第二SIPL；以及開關(guān)裝置(333、334)，其布置用于在輸電線上發(fā)生電壓不平衡的情況下暫時將第一避雷器連接在任一極(304、305)與接地之間。本發(fā)明利用如下理解可通過暫時連接具有比第一避雷器明顯更低的SIPL的第二避雷器以用于將極電壓限制到接近正常電壓的等級，來消除輸電線上的電壓不平衡。此外，提供電壓平衡的方法。電壓不平衡可由于雷電引起接地故障(311)而發(fā)生。
文檔編號H02M1/32GK103181048SQ201080069942
公開日2013年6月26日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者L-E.于林 申請人:Abb 技術(shù)有限公司