一种特高压混合直流输电系统换流站投退方法

摘要

本发明提出了一种特高压混合直流输电系统换流站投退方法，以乌东德工程为参考，研究了逆变侧MMC站的投退思路，合理考虑了机械开关无法长时间承受大电流的问题和桥臂电流如何切断的问题，实现了MMC换流站的退出及电流的流通路径的转换，避免了烧坏旁路开关及换流站子模块。详细分析了投入不同子模块带来的影响，提出了子模块投入个数的计算方法，实现了换流站电流向旁路开关的转移。逆变侧换流站与整流侧换流站进行配合，系统迅速稳定在半压半额定功率运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种输配电技术领域的投退方法，具体涉及一种特高压混合直流输电系统换流站投退方法。

背景技术

由于我国能源中心与负荷中心的不对称，需要架设大量直流线路将西部充足的电能输送到东部负荷中心，实现西电东送的目标。近年来，高压直流输电在我国迅速发展，成为“西电东送”工程的重要支撑。我的报告将从以下五方面进行，LCC-HVDC技术由于具有容量大、成本低、损耗小、可靠性高、控制简单等优点，在远距离、大容量电力输送领域有着无法替代的位置，到2020年底我国投运的LCC-HVDC工程将达到38项，但由于其核心元件晶闸管缺乏自关断能力，存在换相失败风险，并且需要额外的无功补偿装置；VSC-HVDC技术由于控制灵活、谐波含量低、可向无源系统供电、无换相失败问题等优势，在电网异步互联、海上风电直流送出、新能源并网、孤岛和弱系统供电等领域得到了广泛关注和工程应用，但对比于同等级的LCC-HVDC，存在建造价格高，运行损耗大的问题。混合直流输电系统结合了LCC-HVDC及VSC-HVDC的优势，成为了当前学术研究的热点。

特高压混合直流输电采用整流侧双12脉动换流站串联，逆变侧双MMC换流站构成，可以构成多种不同的运行方式，同时存在换流站日常退出检修的情况，因此需要对换流站投退方式进行相关研究，确保高端或低端换流站因故需要退出或投入时能正常投退，同时剩余换流站仍能继续运行。

发明内容

本发明的目的在于，以乌东德工程为参考，研究了逆变侧MMC站的投退思路，合理考虑了机械开关无法长时间承受大电流的问题和桥臂电流如何切断的问题，实现了MMC换流站的退出及电流的流通路径的转换，避免了烧坏旁路开关及换流站子模块。

详细分析了投入不同子模块带来的影响，提出了子模块投入个数的计算方法，实现了换流站电流向旁路开关的转移。

逆变侧换流站与整流侧换流站进行配合，系统迅速稳定在半压半额定功率运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。

图1为特高压混合直流输电拓扑示意图。

图2为投入不同子模块对应的旁路电流。

图3为投入子模块后系统拓扑图。

图4为两个整流站直流电压。

图5为整流站直流电流。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。以乌东德工程为参考进行简化，本专利研究的特高压系统为+800KV一端LCC一端MMC系统，整流侧由双12脉动换流器串联组成，采用定电流控制，并并联旁路开关用以切除换流站；逆变侧由两个模块化多电平换流器构成，均采用定直流电压控制方式，其dq解耦控制中为定直流电压控制和定无功功率控制，并联旁路开关用于切除换流站。其示意图如下图1所示。

退出方法如下：1.同时切除交流系统和全部子模块。

2.闭合逆变侧旁路开关。

3.投入每相上、下桥臂各3个子模块来形成反向电压阻断流过待退出逆变站的电流。

4.整流侧进行强制移相，降低直流电压同时维持直流电流。

5.断开逆变侧两侧开关G1、G2，逆变站退出完成。

对于实际操作，不可能做到同时切除，必定会存在一定的误差时间，全部切除子模块后会使得交流系统发生三相短路，这在运行中是不允许的，因此不能先切除子模块。如果先切除交流系统会产生2.2中子模块电压升高的问题，因此需要尽可能减少切除子模块和切除交流系统之间的时间差。假设切除子模块和切除三相交流系统之间的时间差为

W=3*2*200*(0.5CU

=3*2*200*(0.5*0.018*3000

=54 000 000J

因此允许充电时间为△t=W/P=54000000/1250000000=0.0432s=43.2ms，实际运行中的时间差低于这个值，因此可以保证子模块电容和IGBT不被烧坏，该方案是可行的。

理想情况下，认为交流系统和三相子模块同时切除，此时待退出逆变器停止工作，但子模块电压扔维持在一定值。之后闭合旁路开关并投入子模块，投入不同子模块数对应的电流如图2所示。迫使换流站电流转移到旁路上。投入子模块后系统的拓扑结构如图3所示。

在投入子模块后需要对整流侧进行强制移相，降低整流侧直流电压来维持直流电流。图4为整流侧两个换流站的直流电压。可以看出，在切除逆变侧交流系统之后直流电压下降到约200kV，经过短暂的波动后稳定下来。

图5给出了流过整流站的直流电流。在切除逆变侧交流系统时由于电压的突变，相当于给系统添加了一个0.5p.u.的电压阶跃，因此产生了较大的过电流，达到了1.46p.u.，之后直流电流迅速稳定。系统开始以一半额定功率运行。

至此，换流站退出过程完成。