一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统。

背景技术：

光伏和风电等技术的发展促进了资源条件即使不是最好地区的集约式大规模开发，从而使得超远距离、大功率电能的输送及其实施具有广泛的意义和实用价值。

半波长交流输电(halfwavelengthactransmission，hwact)是指输电的电气距离接近1个工频半波长，即3000km(50hz)或2600km(60hz)的超远距离的三相交流输电。无损情况下的半波长交流线路就像一台变比为-1.0的理想变压器，首端电压和末端电压大小相同、相位相反。随着超远距离、大功率传输需求的不断增加，半波长交流输电技术尤其是特高压半波长交流输电再次受到众多关注和研究。半波长交流输电技术的优点之一是半波长交流输电线路的功率因数相对较高，且在输电距离等于或稍大于半波长的情况下，其结构比现有的超远距离交、直流输电系统都更为简单；再者，对于发展中国家而言，交流输电设备的制造比换流装置的引进、运行和维护更为简单、经济。

中国的西部能源基地(如新疆煤电)与东部负荷中心(如珠三角)之间距离有些可达3000km，且输电容量巨大。未来还可能开发与中国毗邻的俄罗斯、蒙古等国的电力能源，并向中国、朝鲜等国输送，输电距离也在3000km以上。这种特殊需要的超远距离送电，使得特高压半波长交流输电技术有望成为中国未来可能的输电方式之一。目前，巴西、加拿大等幅员辽阔的国家也在推进半波长交流输电技术的研究，以应对日渐迫切的超远距离、大容量输电需求。因此，半波长交流输电的应用前景非常广阔。

在超高压系统中，为了提高供电的可靠性，多采用快速单相自动重合闸。但是，当系统的一相因单相接地故障而被切除后，由于相间互感和相间电容的耦合作用，被切除的故障相在故障点仍流过一定数值的接地电流，即潜供电流。潜供电流会增加故障点电弧熄灭的难度，导致自动重合闸失败。由于半波长交流输电系统线路非常长，潜供电流非常大，电弧的熄灭难度非常高，需要采用一定的措施对潜供电流进行抑制。目前现有的半波长交流输电潜供电流抑制措施主要是采用无源元件的被动抑制措施，原理上可行方案为沿线加装高速接地开关，但是这种抑制措施还存在下述缺陷：

(1)半波长交流输电系统线路较长，为了将潜供电流抑制到自熄的水平需要在沿线加装大量的高速接地开关，高速接地开关的供电、检修和维护工作难度大；

(2)半波长输电系统沿线加装高速接地开关，容易造成保护装置拒动或误动的现象，对继电保护的要求比较高；

(3)被动抑制措施无法根据半波长输电系统发生的故障类型及故障位置灵活地对潜供电流进行合理抑制，无法适应输电系统复杂多变的运行工况。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统，其技术方案是：

所述系统包括并联换流器，其一端与外接电源连接，另一端与半波长交流输电线路并联；所述并联换流器，用于向所述半波长交流输电线路输出预设电流，以抑制潜供电流。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括变压器；所述并联换流器通过变压器与半波长交流输电线路并联；

其中，所述变压器的电网侧绕组为星型连接的绕组，且所述电网侧绕组的中性点接地；所述变压器的并联换流器侧绕组为角型连接的绕组。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述并联换流器安装在所述半波长交流输电线路的线路首端、线路中部或线路末端。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述并联换流器为两电平换流器、多电平换流器或模块化多电平换流器；其中，所述多电平换流器包括二极管钳位型多电平换流器、飞跨电容型多电平换流器和级联多电平换流器。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述并联换流器为交-直-交型换流器或直-交型换流器。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括控制模块，用于控制所述并联换流器向半波长交流输电线路输出预设电流。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述控制模块包括故障检测单元和第一换流器驱动单元；

所述故障检测单元，用于检测所述半波长交流输电线路的故障信息；

所述第一换流器驱动单元，用于依据所述故障信息和故障前半波长交流输电线路的运行信息，并采用查表法确定注入到所述半波长交流输电线路的电流幅值、电流相角和注入持续时间；以及，在故障切除达到第一预设时间后依据所述电流幅值、电流相角和注入持续时间向所述并联换流器输出驱动脉冲，驱动并联换流器输出预设电流；

其中，所述第一换流器驱动单元，还用于控制所述并联换流器在分接设备重新合闸之前的第二预设时间内停止向半波长交流输电线路输出所述预设电流。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述第一预设时间为1-3个工频交流的周波时间；

所述第二预设时间为1-2个工频交流的周波时间；

所述分接设备包括断路器。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述控制模块还包括第二换流器驱动单元，用于控制所述并联换流器向半波长交流输电线路输出预设的无功功率，以对未发生故障的半波长交流输电线路进行无功补偿。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统，通过控制并联换流器向半波长交流输电线路输出预设电流，可以将潜供电流抑制在期望的水平以内，进而提高半波长交流输电线路的故障点电弧熄灭速度。

附图说明

图1：点对网型半波长交流输电系统的潜供电流被动抑制措施示意图；

图2：网对网型半波长交流输电系统的潜供电流被动抑制措施示意图；

图3：本发明实施例中一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统示意图；

图4：本发明实施例中另一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统示意图；

图5：一种两电平换流器示意图；

图6：一种二极管钳位型三电平换流器示意图；

图7：一种飞跨电容型三电平换流器示意图；

图8：一种级联多电平换流器示意图；

图9：一种模块化多电平换流器示意图；

图10：单相半桥结构功率单元示意图；

图11：单相全桥结构功率单元示意图；

图12：另一种两电平换流器示意图；

图13：另一种二极管钳位型三电平换流器示意图；

图14：另一种飞跨电容型三电平换流器示意图；

图15：另一种级联多电平换流器示意图；

图16：另一种模块化多电平换流器示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

半波长交流输电系统主要包括点对网型半波长交流输电系统和网对网型半波长交流输电系统。其中，如图1所示，点对网型半波长交流输电系统包括发电机、变压器、半波长交流输电线路和大电网，发电机、变压器、半波长交流输电线路和大电网依次连接。如图2所示，网对网型半波长交流输电系统可以包括两个大电网和半波长交流输电线路，该半波长交流输电线路连接在两个大电网之间；网对网型半波长交流输电系统也可以包括两个大电网、变压器和半波长交流输电线路，一个大电网经过变压器与半波长交流输电线路的一端连接，半波长交流输电线路的另一端与另一个大电网连接。如图1和2所示，采用被动抑制措施时，为了将潜供电流抑制到自熄的水平需要在半波长交流输电线路沿线加装大量的高速接地开关，高速接地开关的供电、检修和维护工作难度大；同时，高速接地开关容易造成保护装置拒动或误动的现象，对继电保护的要求比较高，限制了半波长交流输电技术的发展和应用。针对上述半波长交流输电系统的潜供电流被动抑制方法的缺陷，本发明提供了一种基于并联换流器的半波长交流输电系统的潜供电流主动抑制系统，可以有效抑制半波长交流输电系统的潜供电流，同时潜供电流主动抑制系统安装位置集中利于技术人员检修和维护。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统进行说明。

图3为本发明实施例中一种半波长交流输电线路的潜供电流主动抑制系统示意图，如图所示，本实施例中半波长交流输电线路的潜供电流抑制系统包括一个并联换流器，该并联换流器的一端与外接电源连接，另一端与半波长交流输电线路并联，并联换流器用于向半波长交流输电线路输出预设电流，以抑制潜供电流。其中，并联换流器可以安装在半波长交流输电线路的线路首端、线路中部或线路末端，本实施例中并联换流器安装在半波长交流输电线路的线路末端。通过将潜供电流抑制系统集中安装在半波长交流输电线路的线路首端、线路中部或线路末端，可以减少潜供电流抑制系统的检修和维护工作。

本实施例中通过控制并联换流器向半波长交流输电线路输出预设电流，可以将潜供电流抑制在期望的水平以内，进而提高半波长交流输电线路故障点的电弧熄灭速度。

进一步地，本实施例中外接电源为交流电源时并联换流器可以采用交-直-交型换流器，外接电源为直流电源时并联换流器可以采用直-交型换流器。

进一步地，本实施例中并联换流器可以采用多种结构的换流器，具体为：

当外接电源为交流电源时，本实施例中并联换流器可以采用图5所示的两电平换流器、多电平换流器或图9所示的模块化多电平换流器。其中，多电平换流器包括图6所示的二极管钳位型多电平换流器、图7所示的飞跨电容型多电平换流器和图8所示的级联多电平换流器。本实施例中模块化多电平换流器的功率模块可以采用图10所示的单相半桥结构功率单元，或者采用图11所示的单相全桥结构功率单元。

当外接电源为直流电源时，本实施例中并联换流器可以采用图12所示的两电平换流器、多电平换流器或图16所示的模块化多电平换流器。其中，多电平换流器包括图13所示的二极管钳位型多电平换流器、图14所示的飞跨电容型多电平换流器和图15所示的级联多电平换流器。本实施例中模块化多电平换流器的功率模块可以采用图10所示的单相半桥结构功率单元，或者采用图11所示的单相全桥结构功率单元。

图4为本发明实施例中另一种半波长交流输电线路的潜供电流抑制系统示意图，如图所示，本实施例中半波长交流输电线路的潜供电流抑制系统包括一个并联换流器和一个变压器，该并联换流器的一端与外接电源连接，另一端通过变压器与半波长交流输电线路并联，并联换流器用于向半波长交流输电线路输出预设电流，以抑制潜供电流。其中，并联换流器可以安装在半波长交流输电线路的线路首端、线路中部或线路末端，本实施例中并联换流器安装在半波长交流输电线路的线路末端。通过将潜供电流主动抑制系统集中安装在半波长交流输电线路的线路首端、线路中部或线路末端，可以减少潜供电流主动抑制系统的检修和维护工作。

本实施例中通过控制并联换流器向半波长交流输电线路输出预设电流，可以将潜供电流抑制在期望的水平以内，进而提高半波长交流输电线路的故障点电弧熄灭速度。

进一步地，本实施例中变压器的电网侧绕组为星型连接的绕组，且电网侧绕组的中性点接地，这种连接方式可以降低相电压，进而降低损耗和绝缘成本。变压器的并联换流器侧绕组为角型连接的绕组，这种连接方式可以防止并联换流器产生的谐波进入半波长交流输电线路中，同时也可以防止并联换流器因故障产生的零序电流对半波长交流输电系统的保护装置造成不利影响。

进一步地，本实施例中外接电源为交流电源时并联换流器可以采用交-直-交型换流器，外接电源为直流电源时并联换流器可以采用直-交型换流器。

进一步地，本实施例中并联换流器可以采用多种结构的换流器，具体为：

当外接电源为交流电源时，本实施例中并联换流器可以采用图5所示的两电平换流器、多电平换流器或图9所示的模块化多电平换流器。其中，多电平换流器包括图6所示的二极管钳位型多电平换流器、图7所示的飞跨电容型多电平换流器和图8所示的级联多电平换流器。本实施例中模块化多电平换流器的功率模块可以采用图10所示的单相半桥结构功率单元，或者采用图11所示的单相全桥结构功率单元。

当外接电源为直流电源时，本实施例中并联换流器可以采用图12所示的两电平换流器、多电平换流器或图16所示的模块化多电平换流器。其中，多电平换流器包括图13所示的二极管钳位型多电平换流器、图14所示的飞跨电容型多电平换流器和图15所示的级联多电平换流器。本实施例中模块化多电平换流器的功率模块可以采用图10所示的单相半桥结构功率单元，或者采用图11所示的单相全桥结构功率单元。

本发明提供的一个优选实施例中，潜供电流主动抑制系统还包括用于控制并联换流器向半波长交流输电线路输出预设电流的控制模块。本实施例中控制模块包括故障检测单元和第一换流器驱动单元，具体为：

故障检测单元，用于检测半波长交流输电线路的故障信息。其中，故障信息可以包括发生故障的故障相、故障类型和故障位置，故障类型主要包括短路故障。

第一换流器驱动单元，用于依据故障信息和故障前半波长交流输电线路的运行信息，并采用查表法确定注入到半波长交流输电线路的电流幅值、电流相角和注入持续时间；以及，在故障切除达到第一预设时间后依据电流幅值、电流相角和注入持续时间向并联换流器输出驱动脉冲，驱动并联换流器输出预设电流。其中，第一预设时间可以为1-3个工频交流的周波时间。本实施例中第一换流器驱动单元，还可以用于控制并联换流器在分接设备重新合闸之前的第二预设时间内停止向半波长交流输电线路输出预设电流。其中，第二预设时间为1-2个工频交流的周波时间，分接设备主要包括断路器。

进一步地，本实施例中控制模块还可以包括用于控制并联换流器向半波长交流输电线路输出预设的无功功率的第二换流器驱动单元，从而起到静止同步补偿器的作用(staticsynchronouscompensator,简称statcom)，实现半波长交流输电线路的无功补偿。

进一步地，本实施例中控制模块控制并联换流器向半波长交流输电线路输出预设电流的实施步骤为：

1、当半波长交流输电系统因故障产生潜供电流后，故障检测单元检测半波长交流输电线路的故障信息。

2、第一换流器驱动单元依据故障信息和故障前半波长交流输电线路的运行信息，并采用查表法确定注入到半波长交流输电线路的电流幅值、电流相角和注入持续时间。

3、在故障切除达到第一预设时间后第一换流器驱动单元依据电流幅值、电流相角和注入持续时间，以及并联换流器的类型，向并联换流器输出驱动脉冲，驱动并联换流器输出预设电流，抑制潜供电流。

4、第一换流器驱动单元在分接设备重新合闸前第二预设时间内控制并联换流器停止向半波长交流输电线路输出预设电流。

5、当半波长交流输电线路再次发生故障后，控制模块重复执行步骤1～4，直至半波长交流输电系统恢复正常运行。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的pc来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。