[发明专利]提高电压源换流器直流输电故障穿越能力的主回路及方法

说明书

技术领域

本发明是一种提高电压源换流器直流输电故障穿越能力的主回路及方法，属于提高电压源换流器直流输电故障穿越能力的主回路及方法的创新技术。

背景技术

为了实现可持续发展，利用以太阳能、风能等可再生能源发电已成为未来电力系统的发展方向。这些发电方式具有远离主电网、随时间波动较大等特点。基于电压源换流器的直流输电（voltage source converter HVDC，VSC-HVDC）可独立快速控制所传输的有功功率和无功功率，其换流器自换向，能够独立调节换流站交流侧的有功功率和无功功率，具有优越的可控性和灵活性，成为实现可再生能源发电与主电网之间的稳定联结的最有潜质的电力传输方式。柔性直流输电换流器采用可关断功率器件组成的电压源换流器，逆变站不存在换相失败情况，具备比常规直流输电优越得多的优点。

电压源换流器直流输电的突出技术优点，使得其在接入间隙性能源等方面大量应用，突出的典型应用是远距离、大规模的海上风电接入，在欧洲和北美已经大量应用。由于风电场等间歇性能源的发电站，一般处于偏于地区或者海上，操作和维护困难；另一方面，为了减少启停对电网的影响，各国均对接入系统的故障穿越能力提出了要求。目前的一般做法是，采用电压源换流器直流输电接入风电，在受端换流站的直流侧并联接入吸能电阻，吸收在受端交流出线故障期间，送端风电场持续的功率输出，避免直流过压导致系统停运，如图1所示。吸能电阻一般通过可关断器件，如绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的开关接在极线之间。这种结构的高压IGBT串联开关实现技术难度大，并且使用大量的大功率开关器件，成本很高。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种保障系统安全，提高系统运行可靠性，明显节约投资的提高电压源换流器直流输电故障穿越能力的主回路。

本发明的另一目的在于提供一种控制简单方便的提高电压源换流器直流输电故障穿越能力的方法。

本发明的技术方案是：本发明的提高电压源换流器直流输电故障穿越能力的主回路，交流受端电网与风电场之间设置有受端换流站、送端换流站，且受端换流站直流侧接入能量吸收装置。

上述受端换流站直流侧接入包括有火花间隙、间隙火花放电装置、金属氧化物限压器的能量吸收装置，或受端换流站直流侧接入包括有火花间隙的能量吸收装置，或受端换流站与送端换流站之间仅连接有金属氧化物限压器的能量吸收装置，或受端换流站直流侧接入包括有火花间隙与间隙火花放电装置的组合的能量吸收装置，或受端换流站直流侧接入包括有金属氧化物限压器与间隙火花放电装置的组合的能量吸收装置。

上述受端换流站直流侧接入包括有火花间隙L1及L2、间隙火花放电装置GAP1和GAP2、金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2的能量吸收装置，火花间隙L1、间隙火花放电装置GAP1、金属氧化物限压器MOV1、金属氧化物限压器MOV2、间隙火花放电装置GAP2、火花间隙L2按顺序串联。

上述受端换流站直流侧接入包括有火花间隙L1及L2、间隙火花放电装置GAP1和GAP2、金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2的能量吸收装置，火花间隙L1及L2、间隙火花放电装置GAP1和GAP2、金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2按任意顺序串联。

上述受端换流站与送端换流站之间的交流电网为500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6kV。

本发明提高电压源换流器直流输电故障穿越能力的控制方法，包括如下步骤：

1）检测到交流受端电网发生短路故障后，直流侧电压超过额定值，则触发间隙火花放电装置GAP1和GAP2导通；

2）间隙火花放电装置GAP1和GAP2导通后，直流电压施加在金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2两端；

 3）间隙火花放电装置GAP1和GAP2导通动作的同时，金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2进入拐点，通过大电流放电，吸收直流回路能量，最大放电电流由间隙火花放电装置限制； 

4）直流回路通过金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2放电后，直流电压下降，金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2两端电压回到残压，间隙火花放电装置GAP1和GAP2停止导通，金属氧化物限压器MOV1和金属氧化物限压器MOV2残压取值比直流额定值高；

 5）直流侧吸能结束，直流电压限制在额定值左右；

6）交流受端电网故障清除后，直流系统恢复运行。