本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)及其換流站。

背景技術(shù)：

柔性直流輸電技術(shù)是一種新型直流輸電技術(shù)，合理的控制保護(hù)策略決定了柔性直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。它的靈活應(yīng)用性能使其在城市電網(wǎng)互聯(lián)、清潔能源并網(wǎng)以及孤島供電等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)大容量功率輸送的要求，需要增加子模塊數(shù)量以提高其電壓等級(jí)，但過多子模塊級(jí)聯(lián)，使閥控設(shè)備控制難度增加，因此采用雙極結(jié)構(gòu)形式，在減少單個(gè)換流單元子模塊級(jí)聯(lián)數(shù)目的同時(shí)，達(dá)到同樣的傳輸功率成為一種可行選擇。

直流側(cè)短路故障是目前雙極柔性直流輸電技術(shù)所面對(duì)的主要問題之一。當(dāng)雙極柔性直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生故障時(shí)，由于其特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將產(chǎn)生非常大的短路電流。該短路電流流過換流器，使得換流器的電流應(yīng)力增大，甚至造成換流器的損壞，同時(shí)也嚴(yán)重威脅了故障線路中相關(guān)設(shè)備的安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)及其換流站，可抑制雙極柔性直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的短路電流。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一方面，提供一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站，包括正極性換流部分和負(fù)極性換流部分；所述正極性換流部分包括第一換流器；所述負(fù)極性換流部分包括第二換流器；所述換流站還包括限流模塊；所述限流模塊包括電抗器，所述電抗器串聯(lián)在中性母線上。

優(yōu)選的，所述限流模塊還包括一個(gè)避雷器；所述避雷器的一端與所述中性母線連接，另一端接地；其中，所述避雷器設(shè)置在換流器的低電壓端與所述電抗器之間。

優(yōu)選的，所述限流模塊包括兩個(gè)避雷器；其中一個(gè)所述避雷器的一端與所述第一換流器的低壓端連接，另一端接地；另一個(gè)所述避雷器的一端與所述第二換流器的低壓端連接，另一端接地。

優(yōu)選的，所述電抗器包括至少一個(gè)子電抗器；其中，當(dāng)所述電抗器包括多個(gè)子電抗器時(shí)，多個(gè)子電抗器以串聯(lián)和/或并聯(lián)方式設(shè)置。

基于上述優(yōu)選的，所述第一換流器和所述第二換流器均包括多個(gè)閥組件；每個(gè)閥組件均包括絕緣柵雙極型晶體管換流閥。

另一方面，提供一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)，包括送電端換流站和受電端換流站；所述送電端換流站和/或所述受電端換流站為上述的換流站。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述送電端換流站和所述受電端換流站均為所述換流站；所述送電端換流站為交流轉(zhuǎn)直流換流站；所述受電端換流站為直流轉(zhuǎn)交流換流站。

進(jìn)一步優(yōu)選的，第一換流器和第二換流器的交流端與換流變壓器連接；所述送電端換流站中正極性換流部分的第一換流器高壓端與所述受電端換流站中正極性換流部分的所述第一換流器高壓端、所述送電端換流站中負(fù)極性換流部分的第二換流器高壓端與所述受電端換流站中負(fù)極性換流部分的所述第二換流器高壓端通過雙極性高壓直流輸電線連接。

本發(fā)明提供一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)及其換流站，通過設(shè)置包括電抗器的限流模塊，當(dāng)所述換流站的直流側(cè)出現(xiàn)故障發(fā)生短路時(shí)，流過電抗器的電流突然增大，而根據(jù)電抗器的特性，其會(huì)產(chǎn)生反向電流來限制突然增大的電流，因而可抑制所述換流站直流側(cè)的短路電流，保證了換流站中的換流器以及線路上的相關(guān)設(shè)備的安全性。在此基礎(chǔ)上，僅通過一個(gè)限流模塊同時(shí)減小正極性換流部分和負(fù)極性換流部分直流側(cè)的短路電流，降低了所述換流站的成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站的拓?fù)涫疽鈭D；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站中限流模塊的拓?fù)涫疽鈭D一；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站中限流模塊的拓?fù)涫疽鈭D二；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站中限流模塊的拓?fù)涫疽鈭D三；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站中限流模塊的拓?fù)涫疽鈭D四；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站中限流模塊的拓?fù)涫疽鈭D五；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的拓?fù)涫疽鈭D。

附圖說明：

01-送電端換流站；02-受電端換流站；100-正極性換流部分；110-第一換流器；111-第一換流器低壓端；112-第一換流器高壓端；200-負(fù)極性換流部分；210-第二換流器；211-第二換流器低壓端；212-第二換流器高壓端；300-限流模塊；310-電抗器；311-子電抗器；320-避雷器；400-中性母線；500-換相電抗器；600-換流變壓器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站，包括正極性換流部分100和負(fù)極性換流部分200；正極性換流部分100包括第一換流器110；負(fù)極性換流部分200包括第二換流器210；所述換流站還包括限流模塊300；限流模塊300包括電抗器310，電抗器310串聯(lián)在中性母線400上。

其中，限流模塊300用于當(dāng)正極性換流部分100或負(fù)極性換流部分200直流側(cè)出現(xiàn)故障，造成所述換流站直流側(cè)短路時(shí)，降低短路電流。

需要說明的是，第一，第一換流器110和第二換流器210可用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，也可用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

不管第一換流器110和第二換流器210用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，還是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，第一換流器高壓端112和第二換流器高壓端212都是分別連接正高壓直流輸電線和負(fù)高壓直流輸電線。

第二，不對(duì)第一換流器110和第二換流器210內(nèi)部具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行限定，只要根據(jù)需要，能將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，或?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電即可。

第三，電抗器310的具體參數(shù)可根據(jù)其所應(yīng)用的具體換流站進(jìn)行設(shè)定，只要保證在發(fā)生直流側(cè)短路時(shí)，換流站中的器件不被破壞即可。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種換流站，通過設(shè)置包括電抗器310的限流模塊300，當(dāng)所述換流站的直流側(cè)出現(xiàn)故障發(fā)生短路時(shí)，流過電抗器310的電流突然增大，而根據(jù)電抗器310的特性，其會(huì)產(chǎn)生反向電流來限制突然增大的電流，因而可抑制所述換流站直流側(cè)的短路電流，保證了換流站中的換流器以及線路上的相關(guān)設(shè)備的安全性。在此基礎(chǔ)上，僅通過一個(gè)限流模塊300同時(shí)減小正極性換流部分100和負(fù)極性換流部分200直流側(cè)的短路電流，降低了所述換流站的成本。

考慮到當(dāng)正極性換流部分100的直流側(cè)出現(xiàn)短路故障時(shí)，第一換流器高壓端112與第一換流器低壓端111連通，導(dǎo)致第一換流器低壓端111的電壓突增；或者，當(dāng)負(fù)極性換流部分200的直流側(cè)出現(xiàn)短路故障時(shí)，第二換流器高壓端212與第二換流器低壓端211連通，導(dǎo)致第二換流器低壓端211的電壓突增。在此情況下，為了避免所述換流站中的器件被破壞，需要所述換流站第一換流器低壓端111和第二換流器低壓端211的對(duì)地絕緣水平較高，從而導(dǎo)致第一換流器110和第二換流器210成本的提高。基于此，優(yōu)選的，如圖2所示，限流模塊300還包括一個(gè)避雷器320；避雷器320的一端與中性母線400連接，另一端接地；其中，避雷器320設(shè)置在換流器的低電壓端與電抗器310之間。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，避雷器320可以降低線路中的電壓和電流，保護(hù)電器設(shè)備免受高瞬態(tài)過電壓的危害。

本發(fā)明實(shí)施例中，通過使限流模塊300還包括避雷器320，在所述換流站的直流側(cè)發(fā)生短路故障，且當(dāng)?shù)谝粨Q流器低壓端111的電壓或第二換流器低壓端211的電壓升至避雷器320的保護(hù)電壓水平時(shí)，避雷器320工作，使短路回路中的部分電流通過避雷器320流入大地，從而降低了電抗器310的電流應(yīng)力，也可以提高第一換流器低壓端111和第二換流器低壓端211的對(duì)地絕緣水平，進(jìn)而可降低對(duì)第一換流器低壓端111和第二換流器低壓端211的對(duì)地絕緣水平的要求。

或者，優(yōu)選的，如圖3所示，所述限流模塊300包括兩個(gè)避雷器320；其中一個(gè)避雷器320的一端與第一換流器低壓端111連接，另一端接地；另一個(gè)避雷器320的一端與第二換流器低壓端211連接，另一端接地。

本發(fā)明實(shí)施例分別在第一換流器低壓端111和第二換流器低壓端211連接一個(gè)避雷器320，可以更好的降低第一換流器低壓端111和第二換流器低壓端211的對(duì)地絕緣水平以及電抗器310的電流應(yīng)力。

相對(duì)采用更大開斷能力的直流斷路器及其相應(yīng)設(shè)備，由于高壓電、大容量的直流斷路器仍處于研制階段，暫時(shí)無法直接應(yīng)用于工程中，且其制作成本高昂，因此限制了其在直流工程中的實(shí)際應(yīng)用；或者，相對(duì)采用傳統(tǒng)的限流器設(shè)備，但是傳統(tǒng)的限流器設(shè)備在發(fā)生故障后需要斷開線路，影響系統(tǒng)的潮流分布和穩(wěn)定性；或者相對(duì)采用基于載流隔離器的快速故障電流限制器，發(fā)生故障后不需要斷開線路，故障結(jié)束后電流可從旁路開關(guān)繼續(xù)流通，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行下的潮流分布，但是其設(shè)備復(fù)雜，制造成本較高。本發(fā)明實(shí)施例由于限流模塊300最多包括電抗器310和避雷器320，使得所述換流站的拓?fù)洳缓蠊β孰娏﹄娮悠骷?，造價(jià)相對(duì)低廉，體積較小，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且性能優(yōu)異，因而易于實(shí)際應(yīng)用推廣。

由于金屬氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester，MOA)具有動(dòng)作響應(yīng)快、可耐多重雷電過電壓或操作過電壓、能量吸收能力大、耐污穢性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此，優(yōu)選的，避雷器320為金屬氧化物避雷器。

優(yōu)選的，電抗器310包括至少一個(gè)子電抗器311；其中，當(dāng)電抗器310包括多個(gè)子電抗器311時(shí)，多子電抗器311以串聯(lián)和/或并聯(lián)方式設(shè)置。

以電抗器310包括兩個(gè)子電抗器311為例，如圖4所示，電抗器310中的兩個(gè)子電抗器311串聯(lián)連接?；蛘?，如圖5所示，電抗器310中的兩個(gè)子電抗器311并聯(lián)連接。

以電抗器310包括三個(gè)子電抗器311為例，如圖6所示，電抗器310中其中兩個(gè)子電抗器311并聯(lián)連接，并與另一個(gè)子電抗器311串聯(lián)連接。

需要說明的是，將多個(gè)子電抗器311采用串和/或并聯(lián)的方式設(shè)置具有很多種情況，圖4-6只是分別給出了三種設(shè)置方式中的一種情況。

本發(fā)明實(shí)施例采用多個(gè)子電抗器311串和/或并聯(lián)組合的方式限制短路電流，可以降低每個(gè)子電抗器311的參數(shù)，從而可降低成本。

考慮到絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是開通、關(guān)斷均可控的全控型器件，IGBT換流閥對(duì)輸電系統(tǒng)的控制更加靈活，可控制無功功率而使換流站無需龐大的無功補(bǔ)償裝置，而且IGBT換流閥的開關(guān)頻率相對(duì)較高，使換流站的輸出電壓諧波量較小，從而使應(yīng)用IGBT換流閥的換流站安裝的濾波裝置的容量大大減小?；诖耍瑑?yōu)選的，第一換流器110和第二換流器210均包括多個(gè)閥組件；每個(gè)閥組件均包括絕緣柵雙極型晶體管換流閥。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)，如圖7所示，包括送電端換流站01和受電端換流站02；送電端換流站01和/或受電端換流站02為前述任一實(shí)施例的換流站。

需要說明的是，圖7以送電端換流站01和受電端換流站02均為前述任一實(shí)施例的換流站進(jìn)行示意。

本發(fā)明實(shí)施例通過在雙極柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站中設(shè)置包括電抗器310的限流模塊300，當(dāng)所述換流站的直流側(cè)出現(xiàn)故障發(fā)生短路時(shí)，流過電抗器310的電流突然增大，而根據(jù)電抗器310的特性，其會(huì)產(chǎn)生反向電流來限制突然增大的電流，因而可抑制所述換流站直流側(cè)的短路電流，保證了換流站中的換流器以及線路上的相關(guān)設(shè)備的安全性。在此基礎(chǔ)上，僅通過一個(gè)限流模塊300同時(shí)減小正極性換流部分100和負(fù)極性換流部分200直流側(cè)的短路電流，降低了所述換流站的成本。

進(jìn)一步優(yōu)選的，如圖7所示，送電端換流站01和受電端換流站02均為本發(fā)明實(shí)施例前述任一實(shí)施例的換流站；送電端換流站01為交流轉(zhuǎn)直流換流站；受電端換流站02為直流轉(zhuǎn)交流換流站。

其中，當(dāng)所述換流站為送電端換流站01時(shí)，第一換流器110和第二換流器210用于將交流電變?yōu)榫€路輸電能力強(qiáng)、損耗小的直流電；當(dāng)所述換流站為送電端換流站01時(shí)，第一換流器110和第二換流器210用于將接收到的直流電轉(zhuǎn)化為可大面積輸電的交流電。

本發(fā)明實(shí)施例使所述雙極柔性輸電系統(tǒng)的送電端換流站01和受電端換流站02均包括限流模塊300，可以保證當(dāng)所述雙極柔性輸電系統(tǒng)的直流側(cè)出現(xiàn)故障發(fā)生短路時(shí)，送電端換流站01和受電端換流站02的線路中的短路電流均被抑制，從而保護(hù)線路中的元器件不被破壞。

進(jìn)一步優(yōu)選的，如圖7所示，第一換流器110和第二換流器210的交流端與換流變壓器600連接；送電端換流站01中正極性換流部分100的第一換流器高壓端112與受電端換流站02中正極性換流部分100的第一換流器高壓端112、送電端換流站01中負(fù)極性換流部分200的第二換流器高壓端212與受電端換流站02中負(fù)極性換流部分200的第二換流器高壓端212通過雙極性高壓直流輸電線連接。

其中，所述雙極柔性直流輸電系統(tǒng)還包括換相電抗器500、換流變壓器600、以及交流系統(tǒng)。

換相電抗器500與第一換流器110、第二換流器210的交流端連接，用以減小電力半導(dǎo)體器件換相時(shí)對(duì)交流系統(tǒng)波形的影響，以及限制交流側(cè)的短路電流。

換流變壓器600通過換相電抗器500與第一換流器110、第二換流器210的交流端連接。

需要說明的是，第一換流器110和第二換流器210的交流端與換流變壓器600連接，即送電端換流站01和受電端換流站02的第一換流器110和第二換流器210的交流端均與換流變壓器600連接。

本發(fā)明實(shí)施例通過將第一換流器110和第二換流器210的交流端與換流變壓器600連接，一方面，可實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間的連接；另一方面，可以實(shí)現(xiàn)電壓的變換，使送電端換流站01直流側(cè)電壓或受電端換流站02的交流側(cè)電壓符合其額定電壓及容許電壓偏移。在此基礎(chǔ)上，通過雙極性高壓直流輸電線連接送電端換流站01和受電端換流站02，可提高線路傳輸能力，降低線路傳輸過程中的功耗。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。