[发明专利]适用于风电外送的混合高压直流输电系统

权利要求书

1.一种适用于风电外送的混合高压直流输电系统，其特征是：

所述输电系统送端为三相无穷大电压源连接整流侧换流站，所述整流侧换流站包括送端换流变压器和半桥MMC子模块的模块化多电平换流器MMC，所述整流侧换流站中换流器MMC连接双极直流线路，在所述双极直流线路上分别串联连接有混合式高压直流断路器，所述双极直流线路连接逆变侧换流站，所述逆变侧换流站包括受端换流变压器和电网换相换流器LCC，逆变侧换流站连接受端交流系统，所述受端交流系统为三相无穷大电网；

所述混合式高压直流断路器由旁通支路和主断路器并联构成；所述旁通支路由超快速机械开关和电流转移开关串联组成；所述主断路器由多个开关单元串联而成，各开关单元配备若干正反向串联的IGBT管及反并联二极管，各开关单元独立配备避雷针用于吸收能量；

所述混合式高压直流断路器的开断时序策略为：

0～t₁：系统正常运行时，额定电流I_N从旁通支路流过，主断路器处于关断状态，流经主断路器的电流为0；

t₁～t₂：发生直流线路发生故障后，流过旁通支路的电流上升；t₂时刻，故障电流达到设定值I_lim，获得电流转移开关开断指令，电流转移开关断开，同时触发导通主断路器中IGBT管，故障电流开始向主断路器转移；

t₂～t₃：超快速机械开关随着流过自身电流的减小恢复关断能力；t₃时刻，流经电流转移开关中的电流下降至0，超快速机械开关断开；

t₃～t₄：通过主断路器的电流继续上升，t₄时刻，故障电流达到限制I_main，获得主断路器开断指令，主断路器中IGBT管触发关断，故障电流向由避雷针组成的能量吸收支路转移；

t₄～t₅：故障电流逐渐衰减为0，t₅时刻隔离开关断开，实现故障隔离；

设置直流断路器控制系统用于实现所述混合式高压直流断路器的开断时序策略；所述直流断路器控制系统根据故障特性提前设置断路器中电流转移开关和主断路器的开断时刻指令，所述电流转移开关和主断路器的开断时刻指令来自直流侧暂态故障分析与混合式高压直流断路器的开断时序策略的整定计算，具体按如下步骤进行：

步骤1、通过对混合高压直流输电系统分别进行单级接地故障分析和双极短路故障分析，评估故障引起的过电流程度，决定进行混合式高压直流断路器的开断时序策略的整定计算；

步骤2、针对单级接地故障分析，其只会造成直流母线与交流侧电压的短期偏置，随着故障结束便会迅速恢复，直流电流会因为线路对地电容的短期放电发生小幅振荡并很快恢复，因此不必采取额外的保护措施；针对双极短路故障分析，首先对整个故障回路进行等值；包括对整个故障回路中的电阻、电感和电容进行等值，得出电感的初始电流条件和电容的初始电压条件，依据二阶电路的放电理论得出故障电流关于时间的函数表达式；

步骤3、将故障电流关于时间的函数输入曲线拟合工具中进行曲线拟合，并将电流转移开关和主断路器各自的开断电流限值加入纵轴求得与故障电流拟合曲线的交点所对应的交点时刻，以所述交点时刻作为直流断路器开断时序策略控制系统的时刻指令。

2.根据权利要求1所述的适用于风电外送的混合高压直流输电系统，其特征是：所述整流侧换流站中的具有滤波作用的送端换流变压器采用Ynd接法，送端换流变压器的网侧采用Y型接线，阀侧采用△型接线；所述送端换流变压器一端通过交流断路器连接送端电网，另一端通过启动电路连接换流器MMC；所述启动电路配备相互并联的旁路断路器和启动电阻，启动中，送端交流系统通过启动电阻对MMC子模块中电容充电，启动结束时通过旁路断路器短路启动电阻以减小电路损耗；所述换流器MMC具有三相三组上桥臂和三相三组下桥臂，所述三相三组上桥臂连接正极直流线路，所述三相三组下桥臂连接负极直流线路。