[发明专利]接地故障之后的对称HVDC单极输电线的电压平衡

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及高压直流(HVDC)输电，以及更具体来说，涉及在对称单极HVDC输电网中发生暂时接地故障的情况下的电压平衡。

背景技术

HVDC输电因对大电力输送和互连输配电系统的持续增长的需要而变得越来越重要。HVDC电网通常包括多个终端，用于使用例如电压源换流器(VSC)来转换交流(AC)电源供通过HVDC输电线进行传输。在电网中，终端可连接到多个终端，从而产生不同类型的拓扑。这种多终端电网实现有效的拥塞管理，并且具有针对扰动的改进稳定性。

通常，只基于电缆的输电线主要遭遇永久线路故障，而包括高架线的输电线可遭遇永久和暂时线路故障两者。具体来说，因雷电引起的暂时故障比永久线路故障更频繁得多，从而使清除故障之后的重启是合乎需要的。

在包括两个极的对称单极输电线的情况下，电压不平衡可在极的其中之一上发生接地故障的情况下发生。为了便于在发生暂时接地故障的情况下自动重启，期望消除电压不平衡。电压不平衡例如可利用与DC斩波器相结合的放电电阻器来消除。 

发明内容

本发明的一个目的是提供上述技术和现有技术的更有效的备选方案。

更具体来说，本发明的一个目的是提供对称单极高压直流(HVDC)输电线中的电压不平衡的改进处理。

借助于具有如独立权利要求1定义的特征的电压平衡单元以及借助于如独立权利要求9定义的电压平衡的方法来实现本发明的这些及其它目的。通过从属权利要求来表示本发明的实施例的特征。

为了便于描述本发明，采用标幺(p.u.)制，它允许将系统量表示为所定义基本单位量的小数。在其余方面，假定HVDC网络的基准极到接地电压为一，即等于1.0 p.u.。对应地，基准极到极电压等于2.0 p.u.。基准电压又称作正常电压。

按照本发明的第一方面，提供一种用于对称单极HVDC输电线的电压平衡单元。输电线布置用于互连第一电压源换流器(VSC)和第二VSC。输电线包括第一极、第二极和两对第一避雷器。第一对第一避雷器布置在输电线的第一端。第二对第一避雷器布置在输电线的第二端。任一对的第一避雷器连接在第一极与接地之间。任一对的第二避雷器连接在第二极与接地之间。第一避雷器具有第一操作冲击保护水平(switching impulse protective level，SIPL)。电压平衡单元包括第二避雷器对和开关装置。第二避雷器具有第二SIPL。第二SIPL小于第一SIPL。开关装置布置用于响应确定第一极与第二极之间存在电压不平衡而连接第二避雷器。更具体来说，开关装置布置用于将第二避雷器对的第一避雷器连接在第一极与接地之间以及将第二避雷器对的第二避雷器连接在第二极与接地之间。开关装置还布置用于响应确定清除电压不平衡而切断第二避雷器。

按照本发明的第二方面，提供对称单极HVDC输电线中的电压平衡的方法。输电线布置用于互连第一VSC和第二VSC。输电线包括第一极、第二极和两对第一避雷器。第一对第一避雷器布置在输电线的第一端。第二对第一避雷器布置在输电线的第二端。任一对的第一避雷器连接在第一极与接地之间。任一对的第二避雷器连接在第二极与接地之间。第一避雷器具有第一SIPL。该方法包括下列步骤：提供第二避雷器对；响应确定存在第一极与第二极之间的电压不平衡而连接第二避雷器；以及响应确定清除电压不平衡而切断第二避雷器。更具体来说，通过将第二避雷器对的第一避雷器连接在第一极与接地之间以及将第二避雷器对的第二避雷器连接在第二极与接地之间，来连接第二避雷器。第二避雷器具有第二SIPL。第二SIPL小于第一SIPL。

在对称单极的HVDC配电网中的极的其中之一上发生接地故障的情况下，因为VSC的极之间的正常电压等于2.0 p.u.，所以健全极的电压将升高。所产生的过电压可由第一避雷器来限制，第一避雷器设计成耐受网络的正常操作期间的正常电压以及故障期间的增加的电压。然而，过电压还在健全极上构成接地故障的风险。因此，在清除故障之后，在重启输电网之前应当平衡电压。本发明利用如下理解：通过暂时连接具有比第一避雷器明显更低的SIPL的第二避雷器以用于将极电压限制到接近正常电压的等级，可消除对称单极HVDC输电线上的电压不平衡，即，可平衡两个极上的电压。为了避免第二避雷器的过载，优选地应当在清除故障之后连接第二避雷器。本发明的实施例是有利的，因为它比基于放电电阻器和DC斩波器的解决方案更便宜并且更快。