[发明专利]储能型静止同步补偿装置及直流输电换相失败抑制方法

说明书

本发明公开了一种储能型静止同步补偿装置及特高压直流输电换相失败抑制方法，所述大容量储能型静止同步补偿装置由多台储能型静止同步补偿器并联组成，所述储能型静止同步补偿器(1)包括储能单元、DC/DC变换器、电容器和电压源变换器。该储能型静止同步补偿器经变压器接入特高压直流输电系统受端换流站的交流母线。电感串联在所述储能型静止同步补偿装置与受端换流站的交流母线上，所述大容量储能型静止同步补偿装置以电压源模式运行，可为受端换流站提供足够的受端交流母线电压支撑，保证正常换相，从而抑制因受端交流电网故障引起的换相失败，防止换相失败对特高压直流输电系统造成的连锁故障。

技术领域

本发明涉及特高直流输电领域，特别是一种储能型静止同步补偿装置及特高压直流输电换相失败抑制方法。

背景技术

换相失败作为直流输电系统最为典型的系统故障，成为特高压直流输电系统发展所面对的重大难题之一。在输电系统逆变侧，交流母线电压下降，谐波引起的电压波形畸变，直流电流突增，三相不对称故障引起的换相电压过零点偏移都可能引发换相失败。换相失败会导致直流电压下降、直流电流短时增大、波形畸变等不利因素，影响系统的稳定运行。连续的换相失败容易引起直流系统的降额运行、直流偏磁、继电保护装置误动、过电压，甚至引发阀组闭锁或极闭锁，导致直流功率传输中断，严重威胁电网的安全稳定运行，同时也给交直流混合电网的控制和保护带来诸多挑战。

在导致HVDC换相失败诸多因素中，交流电网故障引起电压下降是最常见的因素之一。目前，在受端换流站安装无功补偿装置是提高电压稳定性、抑制HVDC系统换向失败的最有效方式。增加无功补偿装置，相当于增大受端交流系统的有效短路比，减小系统的等值电抗，因而减小换相时间，增大关断余裕角，避免换相失败的发生。目前，适用于HVDC系统换相失败抑制的常用无功补偿装置主要包括同步调相机(SC)、并联电容器、静止无功补偿器(SVC)以及静止同步补偿器(STATCOM)等几种形式。同步调相机是HVDC中解决无功支撑能力不足的主要手段，SC在过励磁运行时，相当于系统的无功电源，向系统输出无功，使并网点母线电压升高；在欠励磁运行时，相当于感性负载，从系统吸收无功，使并网点母线电压降低。同步调相机的短时过载能力强，输出无功响应时间最快可达20ms，但由于它属于旋转机械，运行维护复杂，同时HVDC系统仍存在换相失败的可能性。静止同步补偿器SVC输出无功可调，损耗小、维护简单、可靠性高，在电网中获得了大量应用，但其存在动态响应速度相对较慢、输出无功受电网电压波动影响大、易导致大量的谐波污染等不足，导致SVC在HVDC系统换相失败抑制领域应用较少。

静止同步补偿器(STATCOM)的响应速度快、运行范围宽、装置体积小、易维护，能够快速有效地改善接入点的电压质量，因而对换相失败的抑制效果更为显著。STATCOM在应用于HVDC系统换相失败抑制时通常需要较大的无功出力，需要其直流侧电容取值较大，而较大的直流侧电容值将影响STATCOM的动态跟踪性能；若STATCOM直流侧电容取值较小，过大的无功出力会导致直流侧电压波动的幅度过大，从而使得无功输出中含有大量的谐波，影响输出电流质量，此外谐波的增大必然会导致STATCOM有功损耗的增大，进而会削弱其无功补偿能力。因此STATCOM存在输出电压电流质量受直流侧电容值影响大、无功输出容量受电网电压波动影响大、仅补偿无功功率导致电网电压稳定效果不理想等不足，极大地限制了其在HVDC系统换相失败抑制领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种储能型静止同步补偿装置及特高压直流输电换相失败抑制方法，可为特高压直流输电受端换流站提供足够的母线电压支撑，以保证正常换相，从而抑制受端电网故障引起的换相失败的发生，防止换相失败对系统造成的连锁故障。