混合直流故障處理裝置、混合直流輸電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于混合直流輸電領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用在至少一端為晶閘管換流器，一端為電壓源型換流器組成的混合直流輸電系統(tǒng)中的故障處理裝置、系統(tǒng)及故障處理方法，特別涉及混合直流故障處理裝置、混合直流輸電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓直流輸電系統(tǒng)可分為兩種類型:基于晶閘管技術(shù)的傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)(LCC-HVDC);基于全控型電力電子器件技術(shù)的柔性直流輸電系統(tǒng)(Flexible-HVDC)。傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)(LCC-HVDC)成本低，損耗小，運(yùn)行技術(shù)成熟，目前，世界上正在運(yùn)行的直流輸電系統(tǒng)幾乎都是LCC-HVDC系統(tǒng)，但傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)(LCC-HVDC)存在逆變側(cè)易換相失敗，對(duì)交流系統(tǒng)的依賴性強(qiáng)；吸收大量無(wú)功，換流站占地面積大等缺點(diǎn)。而新一代的柔性直流輸電系統(tǒng)(Flexible-HVDC)則能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率及無(wú)功功率解耦控制、可以向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電、結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、不存在換相失敗故障等優(yōu)點(diǎn)，但也存在成本高昂，無(wú)法有效的處理直流側(cè)故障等缺陷。因此結(jié)合傳統(tǒng)直流輸電和柔性直流輸電的混合直流輸電將具有工程應(yīng)用前景。本實(shí)用新型涉及的混合直流輸電系統(tǒng)一端為基于晶閘管技術(shù)的LCC-HVDC，一端為全控型電力電子器件構(gòu)成的電壓源型換流器，目前混合兩端直流輸電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有如圖1所示的對(duì)稱單極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)和圖2所示的對(duì)稱雙極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)，圖1或圖2中的電壓源型換流器與LCC-HVDC的位置可以互換。該系統(tǒng)結(jié)合了傳統(tǒng)直流輸電損耗小、運(yùn)行技術(shù)成熟以及柔性直流輸電可以向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電、不會(huì)發(fā)生換相失敗的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]長(zhǎng)距離輸電一般為節(jié)省投資通常采用架空線路，當(dāng)直流輸電線路采用架空線時(shí)，雷擊等原因可能導(dǎo)致線路桿塔等的過電壓擊穿，發(fā)生直流線路短路故障。
[0004]當(dāng)電壓源型換流器端發(fā)生故障后，電壓源型換流閥立即閉鎖并發(fā)出跳閘命令，其它各站經(jīng)過站間通訊或者電氣量監(jiān)測(cè)也隨之閉鎖并跳閘。由于各站閉鎖延時(shí)和跳閘延時(shí)的存在，加之LCC-HVDC的直流電流續(xù)流特性，會(huì)出現(xiàn)這種狀態(tài):電壓源型換流器端故障閉鎖后，直流母線會(huì)出現(xiàn)較大過電壓，同時(shí)交流母線出現(xiàn)殘壓。該電壓會(huì)通過開關(guān)器件反并聯(lián)二極管繼續(xù)向子模塊電容充電，充電過程可能導(dǎo)致子模塊電容過電壓。
[0005]由上所述，電壓源型換流器端故障閉鎖時(shí)交流側(cè)和直流側(cè)的殘余電壓會(huì)使子模塊電容嚴(yán)重過電壓，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致直流線路過壓?，F(xiàn)有技術(shù)中有的方案僅對(duì)雷電過電壓和操作過電壓的保護(hù)方法以及避雷器的配置策略進(jìn)行了闡述，而且只考慮了柔性直流輸電領(lǐng)域的情況，并未考慮混合直流輸電領(lǐng)域的復(fù)雜情況，為了克服此缺陷，本實(shí)用新型提供一種裝置，可以在電壓源型換流器端故障閉鎖時(shí)，為母線電壓提供放電通路，從而防止直流母線過壓及子模塊電容過電壓。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的，在于提供一種混合直流故障處理裝置及混合直流輸電系統(tǒng)的故障處理方法，其通過將母線經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)器件或半導(dǎo)體開關(guān)器件和電阻對(duì)地放電來(lái)降低電壓源型換流閥閉鎖期間導(dǎo)致的直流母線過壓，交流母線殘余電壓，從而防止直流母線過電壓及直流電壓和交流電壓的偏置導(dǎo)致的電壓差對(duì)橋臂子模塊電容充電致使子模塊過電壓。
[0007]為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:混合直流故障處理裝置，其特征在于:包括一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件；或者包括至少兩個(gè)依次串聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)器件；或者包括至少兩個(gè)反向并聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)器件；或者包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件和至少一個(gè)電阻；或者包括至少兩個(gè)反向并聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)器件和至少一個(gè)電阻；所述至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件和至少一個(gè)電阻采用串聯(lián)連接的方式，所述至少兩個(gè)反向并聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)器件和至少一個(gè)電阻采用串聯(lián)連接的方式；
[0008]工作時(shí)，所述混合直流故障處理裝置選擇下述方式中一種或多種進(jìn)行安裝:并聯(lián)接在電壓源型換流器的直流側(cè)母線與大地之間；并聯(lián)接在直流側(cè)母線之間；并聯(lián)接在電壓源型換流器子模塊兩端之間；并聯(lián)接在橋臂電抗與直流側(cè)母線之間；并聯(lián)接在交流側(cè)母線與大地之間；
[0009]所述半導(dǎo)體開關(guān)器件在電壓源型換流器正常充電、解鎖過程中保持為截止?fàn)顟B(tài)，不影響混合直流輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0010]上述方案中:所述半導(dǎo)體開關(guān)器件是半控型開關(guān)器件晶閘管SCR，或者全控型開關(guān)器件 IGBT、IGCT、IEGT 或 GTO。
[0011]上述方案中:所述半導(dǎo)體開關(guān)器件是單個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件，或者是多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件串聯(lián)和/或并聯(lián)。
[0012]上述方案中:所述電阻是單個(gè)電阻，或者是多個(gè)電阻串聯(lián)和/或并聯(lián)。
[0013]上述方案中:所述直流側(cè)母線包括所述電壓源型換流器正極母線和所述電壓源型換流器負(fù)極母線；所述直流側(cè)母線之間是指所述電壓源型換流器正極母線和所述電壓源型換流器負(fù)極母線之間。
[0014]上述方案中:所述并聯(lián)接在橋臂電抗與直流側(cè)母線之間是指同時(shí)并聯(lián)接在電壓源型換流器同一相的上橋臂電抗與直流正極母線之間，下橋臂電抗與直流負(fù)極母線之間；或者同時(shí)并聯(lián)接在電壓源型換流器同一相的上橋臂電抗的一端與直流正極母線之間，上橋臂電抗的另一端與直流負(fù)極母線之間；或者同時(shí)并聯(lián)接在電壓源型換流器同一相的下橋臂電抗的一端與直流正極母線之間，下橋臂電抗的另一端與直流負(fù)極母線之間；或者同時(shí)并聯(lián)接在電壓源型換流器同一相的上橋臂電抗與下橋臂電抗的連接點(diǎn)與直流正極母線之間；上橋臂電抗與下橋臂電抗的連接點(diǎn)與直流負(fù)極母線之間。
[0015]上述方案中:混合直流故障處理裝置并聯(lián)接在電壓源型換流器的某一相橋臂電抗與直流側(cè)母線之間；或者并聯(lián)接在電壓源型換流器的某兩相橋臂電抗與直流側(cè)母線之間；或者并聯(lián)接在電壓源型換流器的三相橋臂電抗與直流側(cè)母線之間；
[0016]上述方案中:所述交流側(cè)母線包括電壓源型換流器側(cè)交流A相母線、B相母線和C相母線。
[0017]上述方案中:構(gòu)成電壓源型換流器橋臂的子模塊是以下一種或多種:半橋型、全橋型、類全橋型、箝位雙子模塊型，或者是上述拓?fù)涞母倪M(jìn)類型。
[0018]上述方案中:構(gòu)成子模塊的開關(guān)器件是全控型開關(guān)器件，所述全控型開關(guān)器件采用 IGBT、IGCT、IEGT 或 GTO。
[0019]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采取的另一種技術(shù)方案為:混合直流輸電系統(tǒng)，包括晶閘管換流器和電壓源型換流器，其特征在于:還包括上述的混合直流故障處理裝置。
[0020]采用上述方案后，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0021]I)本實(shí)用新型提供的一種混合直流故障處理裝置，能夠有效處理電壓源型換流器端的故障，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，具有較高的經(jīng)濟(jì)性；
[0022]2)本實(shí)用新型提供的一種混合直流故障處理裝置，在混合直流輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行期間不投入使用，不影響混合直流輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行性能；
[0023]3)本實(shí)用新型提供的一種混合直流故障處理裝置，能夠有效處理混合直流輸電系統(tǒng)中電壓源型換流器端的各種故障，在電壓源型換流器端故障閉鎖期間形成母線電壓放電通路，快速降低母線殘余電壓，防止直流母線及子模塊電容過電壓，更好的保護(hù)設(shè)備安全。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1對(duì)稱單極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)示意圖。
[0025]圖2對(duì)稱雙極接線的混合兩端直流輸電系統(tǒng)示意圖。
[0026]圖3 —種由單個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的混合直流故障處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4 一種由單個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件和單個(gè)電阻串聯(lián)組成的混合直流故障處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5 —種由兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件反并聯(lián)組成的混合直流故障處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6 —種由兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件反并聯(lián)并與電阻串聯(lián)組成的混合直流故障處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7 —種由多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的混合直流故障處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖8—種由多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件及電阻串聯(lián)組成的混合直流故障處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖9混合直流故障處理裝置安裝于換流站直流側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖10混合直流故障處理裝置安裝于換流站交流側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖11混合直流故障處理裝置同時(shí)安裝于換流站直流側(cè)與交流側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖12混合直流故障處理裝置安裝于換流器某相的橋臂電抗與直流母線之間結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖13混合直流故障處理裝置安裝于換流器某兩相的橋臂電抗與直流母線之間結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖14混合直流故障處理裝置安裝于換流器三相的橋臂電抗與直流母線之間結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖15電壓源型換流器子模塊組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖16混合直流故障處理裝置安裝于全橋型子模塊結(jié)構(gòu)示