串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，包括：變換器單元組，其分別為整流器單元組和逆變器單元組；和區(qū)外高壓直流極線。整流器單元組包括通過至少一條區(qū)內(nèi)直流母線依次串聯(lián)的至少兩個變換器單元；逆變器單元組包括通過至少一條區(qū)內(nèi)直流母線依次串聯(lián)的至少兩個變換器單元；整流器單元組的第一直流端和逆變器單元組的第一直流端分別與區(qū)外高壓直流極線的第一端和第二端電氣耦合；整流器單元組的第二直流端和逆變器單元組的第二直流端分別與第一接地極和第二接地極電氣耦合；濾波器，其位于變換器單元組中的第一變換器單元組的第一直流端和區(qū)外高壓直流極線之間。通過采用上述拓撲，能夠?qū)^(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障相區(qū)分。
【專利說明】串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及多端直流輸電系統(tǒng)，更具體地說，涉及串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術的發(fā)展，直流電網(wǎng)成為一個發(fā)展趨勢，包括串聯(lián)多端直流輸電 系統(tǒng)和并聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)等。其中串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)具有建設成本低、輸送容量 大的優(yōu)勢。
[0003] 圖1示出現(xiàn)有的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)。如圖1所示，雙極型多端直流輸電系 統(tǒng)1包括正極多端直流輸電系統(tǒng)10和負極多端直流輸電系統(tǒng)11。正極多端直流輸電系統(tǒng) 10包括兩組變換器單元組，其分別為正極整流器單元組100和正極逆變器單元組101。正 極整流器單元組100包括通過第一正極區(qū)內(nèi)直流母線100a依次串聯(lián)的兩個正極整流器單 元l〇〇b ;如果需要更高的電壓等級，正極整流器單元100b的數(shù)目也可以高于兩個，相應地 連接正極整流器單元l〇〇b的第一正極區(qū)內(nèi)直流母線100a也可多于一條。正極逆變器單元 組101，包括通過第二正極區(qū)內(nèi)直流母線101a依次串聯(lián)的至少兩個正極逆變器單元101b ; 如果需要更高的電壓等級，正極逆變器單元l〇lb的數(shù)目也可以高于兩個，相應地連接正極 整流器單元l〇〇b的第二正極區(qū)內(nèi)直流母線101a也可多于一條。雙極型多端直流輸電系統(tǒng) 1還包括正極區(qū)外高壓直流極線102,其中：正極整流器單元組100的一直流端和正極逆變 器單元組101的一直流端分別與正極區(qū)外高壓直流極線102的第一端和第二端電氣耦合； 并且正極整流器單元組100的另一直流端和正極逆變器單元組101的另一直流端分別與接 地極電氣f禹合。
[0004] 通常，在靠近正極高壓直流極線102的正極整流器單元100b的兩端跨接有直流濾 波器100c，在靠近正極高壓直流極線102的正極逆變器單元101b的兩端跨接有直流濾波器 101C，以便抑制從正極整流器單元100b和正極逆變器單元101b向正極高壓直流極線102 饋送高頻分量；在兩個串聯(lián)的正極整流器單元l〇〇b的串聯(lián)點和接地極之間布置有直流濾 波器l〇〇d，在兩個串聯(lián)的正極逆變器單元101b的串聯(lián)點和接地極之間布置有直流濾波器 l〇ld，以便抑制從正極整流器單元100b和正極逆變器單元101b向正極高壓直流極線102 饋送高頻分量。
[0005] 負極多端直流輸電系統(tǒng)11包括兩組變換器單元組，其分別為負極整流器單元組 110和負極逆變器單元組111。負極整流器單元組110包括通過第一負極區(qū)內(nèi)直流母線110a 依次串聯(lián)的兩個負極整流器單元110b ;如果需要更高的電壓等級，負極整流器單元110b的 數(shù)目也可以高于兩個，相應地連接負極整流器單元ll〇b的第一負極區(qū)內(nèi)直流母線110a也 可多于一條。負極逆變器單元組111，包括通過第二負極區(qū)內(nèi)直流母線111a依次串聯(lián)的至 少兩個負極逆變器單元111b ;如果需要更高的電壓等級，負極逆變器單元111b的數(shù)目也可 以高于兩個，相應地連接負極整流器單元ll〇b的第二負極區(qū)內(nèi)直流母線111a也可多于一 條。雙極型多端直流輸電系統(tǒng)1還包括負極區(qū)外高壓直流極線112,其中：負極整流器單元 組110的一直流端和負極逆變器單元組111的一直流端分別與負極區(qū)外高壓直流極線112 的第一端和第二端電氣耦合；并且負極整流器單元組110的另一直流端和負極逆變器單元 組111的另一直流端分別與接地極電氣耦合。
[0006] 通常，在靠近負極高壓直流極線112的負極整流器單元110b的兩端跨接有直流濾 波器110c，在靠近負極高壓直流極線112的負極逆變器單元111b的兩端跨接有直流濾波器 111C，以便抑制從負極整流器單元110b和負極逆變器單元111b向正極高壓直流極線112 饋送高頻分量。在兩個串聯(lián)的負極整流器單元110b的串聯(lián)點和接地極之間布置有直流濾 波器ll〇d，在兩個串聯(lián)的負極逆變器單元111b的串聯(lián)點和接地極之間布置有直流濾波器 llld，以便抑制從負極整流器單元101b和負極逆變器單元111b向負極高壓直流極線112 饋送高頻分量。
[0007] 用于高壓直流傳輸線的繼電保護原理主要有兩種：一種是基于行波波頭幅值的保 護，保護動作速度快，但存在抗過渡電阻能力不夠的問題，如果過渡電阻超過某一數(shù)值，該 保護會發(fā)生拒動；另外一種是電流差動保護，為避免線路分布電容電流的影響，必須采用較 長的延時，一般不小于0. 5秒。
[0008] 不同于傳統(tǒng)的點對點的兩端直流輸電系統(tǒng)，串聯(lián)多端直流系統(tǒng)有新的故障特征。 例如，對于傳統(tǒng)的點對點兩端直流輸電系統(tǒng)，沒有區(qū)內(nèi)直流故障這種故障類型，而多端串聯(lián) 直流電網(wǎng)則存在這種故障類型。傳統(tǒng)的針對點對點兩端直流輸電系統(tǒng)的線路保護會碰到新 問題。具體來說，如圖1所示，對于兩個相鄰的線路，比如電壓等級為400kV的第一正極區(qū) 內(nèi)直流母線l〇〇a和電壓等級為800kV的正極高壓直流極線102。對于400kV線路的保護， 當在800kV直流線上發(fā)生故障時，行波不會經(jīng)過位于第一變換器單元組100的第一直流端 和區(qū)外高壓直流極線102之間的交流濾波器（未示出），而是經(jīng)過直流濾波器100c直接進 入400kV線路。這樣，發(fā)生這種故障，對于400kv線路的保護來說，故障時的行波有和區(qū)外 故障時相近的電壓變化率和更高的幅值，從而不能和400kV線路上的故障相區(qū)分。
[0009] 圖2示出根據(jù)圖1的傳統(tǒng)雙極型多端直流輸電系統(tǒng)的高壓側(cè)變換器單元。如圖2 所示，變換器單元l〇〇b的閥組的兩個直流端分別串聯(lián)連接兩個平波電抗器L10a，L10b，其 中平波電抗器L10a可電氣連接區(qū)外高壓直流極線102,平波電抗器L10b可電氣連接區(qū)內(nèi) 直流母線l〇〇a;變換器單元101b的閥組的兩個直流端分別串聯(lián)連接兩個平波電抗器L10c， L10d，其中平波電抗器L10c可電氣連接區(qū)外高壓直流極線102,平波電抗器L10b可電氣連 接區(qū)內(nèi)直流母線l〇la ;變換器單元110b的閥組的兩個直流端分別串聯(lián)連接兩個平波電抗 器Llla，Lllb，其中平波電抗器Lila可電氣連接區(qū)外高壓直流極線112,平波電抗器L10b 可電氣連接區(qū)內(nèi)直流母線ll〇a ;變換器單元111b的閥組的兩個直流端分別串聯(lián)連接兩個 平波電抗器Lllc，Llld其中平波電抗器Lllc可電氣連接區(qū)外高壓直流極線112,平波電抗 器Lllb可電氣連接區(qū)內(nèi)直流母線111a。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 針對上述技術問題，本發(fā)明提供一種串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，包括：變換器單元 組，其分別為整流器單元組和逆變器單元組；和區(qū)外高壓直流極線。整流器單元組包括通 過至少一條區(qū)內(nèi)直流母線依次串聯(lián)的至少兩個變換器單元；逆變器單元組包括通過至少一 條區(qū)內(nèi)直流母線依次串聯(lián)的至少兩個變換器單元；整流器單元組的第一直流端和逆變器單 元組的第一直流端分別與區(qū)外高壓直流極線的第一端和第二端電氣耦合；整流器單元組的 第二直流端和逆變器單元組的第二直流端分別與第一接地極和第二接地極電氣耦合；濾波 器，其位于變換器單元組中的第一變換器單元組的第一直流端和區(qū)外高壓直流極線之間。 這有效地抑制了對于第一正極區(qū)內(nèi)直流母線的保護來說，故障時的行波有和區(qū)外故障時相 近的電壓變化率和更高的幅值，從而能夠?qū)^(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障相區(qū)分。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1示出現(xiàn)有的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)；
[0012] 圖2示出根據(jù)圖1的傳統(tǒng)雙極型多端直流輸電系統(tǒng)的高壓側(cè)變換器單元；
[0013] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)；和
[0014] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0015] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)。圖3所示雙極型 多端直流輸電系統(tǒng)3與圖1所不的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)1的不同之處在于對于至少一 個高壓側(cè)的變換器單元l〇〇b，101b，110b，111b(同一組變換器單元組中帶有陰影的那個表 示高壓側(cè)的變換器單元）做改進，在位于變換器單元組中的第一變換器單元組的第一直流 端和所述區(qū)外高壓直流極線之間布置濾波器，其對于來自所述區(qū)外高壓直流極線的故障分 量信號來說進行交流濾波并且對于來自所述變換器單元組的輸出信號來說進行直流濾波。 例如，在第一變換器單元組（第一變換器單元組可以是變換器單元組100,101，110,111中 的任何一組，或者其中的若干組，或者全部）的第一直流端和區(qū)外高壓直流極線之間串聯(lián) 交流濾波器（比如平波電抗器），并且在第一變換器單元組的第一直流端和第一變換器單 元組中依次串聯(lián)的至少兩個變換器單元的串聯(lián)連接點之間跨接直流濾波器。具體而言，在 第一變換器單元組100的第一直流端和正極區(qū)外高壓直流極線102之間串聯(lián)交流濾波器 300a，并且在第一變換器單元組100的第一直流端和第一變換器單元組100中依次串聯(lián)的 至少兩個變換器單元l〇〇b的串聯(lián)連接點300c之間跨接直流濾波器100c，在第一變換器單 元組101的第一直流端和正極區(qū)外高壓直流極線102之間串聯(lián)交流濾波器301a，并且在第 一變換器單元組101的第一直流端和第一變換器單元組101中依次串聯(lián)的至少兩個變換器 單元l〇lb的串聯(lián)連接點301c之間跨接直流濾波器101c ;在第一變換器單元組110的第一 直流端和負極區(qū)外高壓直流極線112之間串聯(lián)交流濾波器310a，并且在第一變換器單元組 110的第一直流端和第一變換器單元組110中依次串聯(lián)的至少兩個變換器單元ll〇b的串聯(lián) 連接點310c之間跨接直流濾波器110c ;在第一變換器單元組111的第一直流端和負極區(qū) 外高壓直流極線112之間串聯(lián)交流濾波器311a，并且在第一變換器單元組111的第一直流 端和第一變換器單元組111中依次串聯(lián)的至少兩個變換器單元111b的串聯(lián)連接點311c之 間跨接直流濾波器111c。通過上述的改進，以變換器單元組100為例，通過直流濾波器100c 形成高頻回路，可以抑制從正極整流器單元l〇〇b向正極高壓直流極線102饋送高頻分量， 同時交流濾波器300a可以使得在正極高壓直流極線102上發(fā)生故障時，行波不會經(jīng)過第一 變換器單元組100的第一直流端和區(qū)外高壓直流極線102之間的直流濾波器，而是經(jīng)過交 流濾波器300a進入第一正極區(qū)內(nèi)直流母線100a，這有效地抑制了對于第一正極區(qū)內(nèi)直流 母線100a的保護來說，故障時的行波有和區(qū)外故障時相近的電壓變化率和更高的幅值，從 而能夠?qū)^(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障相區(qū)分。
[0016] 優(yōu)選地，圖3所示雙極型多端直流輸電系統(tǒng)3與圖1所示的雙極型多端直流輸電 系統(tǒng)1的不同之處還在于改變了高壓側(cè)變換器單元l〇〇b，101b，110b，111b的平波電抗器 L10a，L10c，LIla，LIlc的電感值。具體來說，根據(jù)圖3所示的交流濾波器300a，301a，310a， 311a的電感值與其所連接的高壓側(cè)變換器單元100b，101b，110b，111b的平波電抗器L10a， L10c，Llla，Lllc的電感值分別相同，并且其和分別等于圖1所示的雙極型多端直流輸電系 統(tǒng)1的平波電抗器1^10 &，1^10(3，1^11&，1^11(3的電感值。例如，圖3所示的交流濾波器300 &的 電感值與平波電抗器L10a的電感值之和等于根據(jù)圖1的平波電抗器L10a的電感值。這樣 可以阻擋外部故障產(chǎn)生的行波，使得本保護原理可以區(qū)分內(nèi)部和外部故障。而且這種配置 使得成本比較低，較現(xiàn)有方案成本增加不多。
[0017] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)。同樣，圖4所 示雙極型多端直流輸電系統(tǒng)4與圖1所示的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)1的不同之處在于對 于至少一個高壓側(cè)的變換器單元100b，101b，110b，111b (同一組變換器單元組中帶有陰影 的那個表示高壓側(cè)的變換器單元）做改進，在位于變換器單元組中的第一變換器單元組的 第一直流端和所述區(qū)外高壓直流極線之間布置濾波器，其對于來自所述區(qū)外高壓直流極線 的故障分量信號來說進行交流濾波并且對于來自所述變換器單元組的輸出信號來說進行 直流濾波。例如，在所述第一變換器單元組（第一變換器單元組可以是變換器單元組100， 101，110,111中的任何一組，或者其中的若干組，或者全部）的第一直流端和第三接地極之 間布置直流濾波器。具體而言，第一變換器單元組100的第一直流端和第三接地極之間布 置直流濾波器400,第一變換器單元組101的第一直流端和第三接地極之間布置直流濾波 器401，第一變換器單元組110的第一直流端和第三接地極之間布置直流濾波器410,第一 變換器單元組111的第一直流端和第三接地極之間布置直流濾波器411。通過上述的改 進，以變換器單元組100為例，通過直流濾波器400和直流濾波器100d經(jīng)過大地形成高頻 回路，可以抑制從正極整流器單元l〇〇b向正極高壓直流極線102饋送高頻分量，同時交流 濾波器400可以使得在正極高壓直流極線102上發(fā)生故障時，行波不會經(jīng)過第一變換器單 元組100的第一直流端和區(qū)外高壓直流極線102之間的直流濾波器，而是經(jīng)過交流濾波器 300a進入第一正極區(qū)內(nèi)直流母線100a，這有效地抑制了對于第一正極區(qū)內(nèi)直流母線100a 的保護來說，故障時的行波有和區(qū)外故障時相近的電壓變化率和更高的幅值，從而能夠?qū)?區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障相區(qū)分。
[0018] 上述根據(jù)本發(fā)明的實施例從電路拓撲結(jié)構角度描述了區(qū)分區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障。 從信號處理的角度，圖3和圖4所示的雙極型多端直流輸電系統(tǒng)3,4還包括檢測部件30， 31，32，33和處理部件34。檢測部件30，31，32，33可以是電壓互感器或者電流互感器用于檢 測正極區(qū)內(nèi)直流母線l〇〇a，101a和負極區(qū)內(nèi)直流母線110a，111a的電壓或電流信號。處理 部件34可根據(jù)檢測部件30, 31，32, 33所檢測的故障分量信號的變化率判斷所述第一變流 器單元組是否存在區(qū)內(nèi)故障。處理部件34與檢測部件30, 31，32, 33可通過網(wǎng)絡35通信。
[0019] 下面以第一變流器單元組100為例說明區(qū)分區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障的算法。
[0020] 步驟1 :計算故障分量電流和故障分量電壓
[0021]
【權利要求】
1. 一種串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，包括： 變換器單元組，其分別為整流器單元組和逆變器單元組；和 區(qū)外高壓直流極線； 其中： 所述整流器單元組包括通過至少一條區(qū)內(nèi)直流母線依次串聯(lián)的至少兩個變換器單 元； 所述逆變器單元組包括通過至少一條區(qū)內(nèi)直流母線依次串聯(lián)的至少兩個變換器單 元； 所述整流器單元組的第一直流端和所述逆變器單元組的第一直流端分別與所述區(qū)外 高壓直流極線的第一端和第二端電氣耦合； 所述整流器單元組的第二直流端和所述逆變器單元組的第二直流端分別與第一接地 極和第二接地極電氣耦合； 濾波器，其位于所述變換器單元組中的第一變換器單元組的第一直流端和所述區(qū)外高 壓直流極線之間，其對于來自所述區(qū)外高壓直流極線的故障分量信號來說進行交流濾波并 且對于來自所述變換器單元組的輸出信號來說進行直流濾波。
2. 如權利要求1所述的串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，其中： 所述濾波器包括： 位于所述第一變換器單元組的第一直流端和所述區(qū)外高壓直流極線之間的交流濾波 器；和 跨接在所述第一變換器單元組的第一直流端和所述第一變換器單元組中依次串聯(lián)的 至少兩個變換器單元的串聯(lián)連接點之間的直流濾波器。
3. 如權利要求1所述的串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，其中： 所述濾波器包括： 在所述第一變換器單元組的第一直流端和第三接地極之間的直流濾波器。
4. 如所述權利要求之一所述的串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，還包括： 檢測部件，其可檢測所述第一變流器單元組的區(qū)內(nèi)故障分量信號；和 處理部件，其可根據(jù)所述檢測部件所檢測的故障分量信號的變化率判斷所述第一變流 器單元組是否存在區(qū)內(nèi)故障。
5. -種雙極型串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，包括如權利要求1-3之一所述的正極串聯(lián)多端 直流輸電系統(tǒng)和如權利要求1-3之一所述的負極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，其中： 正極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一接地極和負極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一接地 極為同一接地極； 正極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第二接地極和負極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第二接地 極為同一接地極；并且 正極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一變換器單兀和負極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一 變換器單元同為整流器單元或同為逆變器單元； 還包括： 第一檢測部件，其可檢測所述正極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一變流器單元組的區(qū)內(nèi) 故障分量信號； 第二檢測部件，其可檢測所述負極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一變流器單元組的區(qū)內(nèi) 故障分量信號； 處理部件，其對于所述正極串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一變流器單元組和所述負極串 聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)的第一變流器單元組中至少之一，基于第一檢測部件所檢測的區(qū)內(nèi)故 障分量信號和第二檢測部件所檢測的區(qū)內(nèi)故障分量信號來計算所述第一變流器單元組區(qū) 內(nèi)故障分量信號解耦值，并且基于所計算的故障分量信號解耦值的變化率，判斷是否存在 區(qū)域內(nèi)故障。
6.如權利要求5所述的雙極型串聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，其中： 所述故障分量信號解耦值為差模值或共模值。
【文檔編號】H02J3/36GK104242291SQ201410497987
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權日:2014年9月25日
【發(fā)明者】劉凱, 李幼儀, 王建平, 王慶平, 楊曉波 申請人:Abb技術有限公司