一种不依赖直流断路器的直流电网架构的制作方法

本发明涉及电力系统输配电技术领域，具体涉及一种不依赖直流断路器的直流电网架构。

背景技术：

随着直流输电技术，特别是柔性直流输电技术(voltagesourceconverterbasedhvdc，vsc-hvdc)的快速发展，工程界已经开始积极尝试将多端直流和直流电网技术引入传统电网，以应对快速增长的能源需求和深刻变化的能源格局。

直流电网与交流电网相比，在隔离故障线路时将面临更多挑战。与之直接对应的直流断路器设备，不论是在经济性方面，还是在技术的成熟度方面，离全面化的工程应用尚有一段距离，这也是目前基于直流断路器的直流电网架构，在设计时遇到的主要瓶颈。而另一种替代方案，虽然可以通过具有故障自清除能力的换流器与快速机械开关(highspeedswitch，hss)的配合，切除故障直流线路，但在故障处理期间，需要网架上联接的所有换流站配合，降低直流电压，等效于全面扩大了故障范围，因此该设计方案仅适用于小规模的多端直流输电领域，很难将其直接拓展至直流电网层面。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种不依赖直流断路器的直流电网架构，在具备直流电网相应功能的同时，还能不依靠直流断路器的开断，快速灵活、有选择性地处理直流故障。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种不依赖直流断路器的直流电网架构，包括多个多端直流输电系统，在各多端直流输电系统中，电源侧通过常规直流输电并入多端直流输电系统，等值交流电网通过混联模块化多电平换流器并入多端直流输电系统，多端直流输电系统内部的直流线路上则串接有多组快速机械开关和平波电抗器；

各多端直流输电系统之间通过直流架空线相互连接，构成直流电网，具体地：

不同电压等级的多端直流输电系统通过直流架空线串接，并在直流架空线上串入直-直变换器；

相同电压等级的多端直流输电系统通过直流架空线并接，若直流架空线两端包含电源侧，需在直流架空线上串入箝位二极管组，同时在包含电源侧的多端直流输电系统中，直接连接电源侧的直流线路上也串入箝位二极管组；若直流架空线两端不包含电源侧，则在直流架空线上串入隔离器。

进一步地，所述的箝位二极管组和隔离器的参数需按对应多端直流输电系统的电压等级整定。

进一步地，所述的钳位二极管组中的二极管数目需满足隔离多端直流输电系统间直流故障时的电压应力要求。

进一步地，所述的隔离器由多个全桥子模块串联而成，隔离器中的全桥子模块数目需满足隔离多端直流输电系统间直流故障时的电压应力要求。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、以多端直流输电系统为子系统构建直流电网，符合直流输电技术的发展规律，便于利用现有的直流输电工程逐步改造升级，同时可以承继多端直流在控制保护方面的相关研究，很大程度上将直流电网层面的控制简化为多端直流层面的控制。

2、通过在子系统间的直流架空线上串入箝位二极管组或隔离器、以及在子系统内部相应直流线路上串入箝位二极管组，能有效地将局部线路故障限制于对应的子系统范围内，避免对相邻子系统产生影响，从而不依靠直流断路器的开断，快速灵活、有选择性地处理直流故障。

3、降低了对直流断路器的依赖，在直流电网层面，将对大量直流断路器的需求弱化为对快速机械开关和特定线路上故障隔离设备的需求，在投资上具有很大优势。

附图说明

图1为本发明不依赖直流断路器的直流电网架构示意图；

图2为构成混联模块化多电平换流器的半桥子模块拓扑；

图3为构成混联模块化多电平换流器或隔离器的全桥子模块拓扑。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种不依赖直流断路器的直流电网架构，包括由三个多端直流构成的子系统sub_1、sub_2、sub_3、以及子系统间连接线及故障隔离设备，其中：

各子系统中，水电站、火电厂、风电场等电源侧通过常规直流输电(linecommutatedconverter，lcc)并入多端直流，其余等值交流电网通过混联模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，mmc)并入多端直流，混联mmc的桥臂由图2所示的半桥子模块及图3所示的全桥子模块构成，在子系统内部的直流线路上串接有多组快速机械开关和平波电抗器，构成相应的多端直流输电系统。

子系统间通过直流架空线(overheadline，ohl)相互连接，构成直流电网；同时为避免子系统故障蔓延至相邻子系统，需要根据直流架空线两端直流节点的性质，在直流架空线和相应子系统内部的直流线路上串入故障隔离设备，具体地：

连接不同电压等级的子系统sub_1和sub_2时，由于直-直变换器具备两侧的故障隔离功能，因此，子系统sub_1和sub_2可通过直-直变换器直接连接，无需串入其它故障隔离设备；

连接相同电压等级的子系统sub_2和sub_3时，由于子系统sub_2左侧包含电源侧(水电站)，需在左侧的直流架空线ohl_2上串入箝位二极管组，同时在子系统sub_2连接该水电站的直流线路ohl_21上串入箝位二极管组；相应地，右侧的直流架空线ohl_3两端由于不包含电源侧，需在直流架空线上ohl_3串入隔离器；其中，隔离器可由图3所示的全桥子模块串联构成。

图2所示的半桥子模块及图3所示的全桥子模块均为现有技术，其中，半桥子模块包括第一开关模块s1、第二开关模块s2和直流电容c，第一开关模块s1的负极与第二开关模块s2的正极相连，直流电容c的两端分别与第一开关模块s1的正极和第二开关模块s2的负极相连。全桥子模块包括第一开关模块s1、第二开关模块s2、第三开关模块s3、第四开关模块s4和直流电容c，第一开关模块s1的负极与第二开关模块s2的正极相连，第三开关模块s3的负极与第二开关模块s4的正极相连，直流电容c的一端分别与第一开关模块s1和第三开关模块s3的正极相连，另一端分别与第二开关模块s2和第四开关模块s4的负极相连。

进一步地，连接子系统sub_2和sub_3的直流架空线、子系统sub_2内部的直流线路上串入的故障隔离设备参数需按对应子系统的电压等级整定，具体地：

钳位二极管组中的二极管数目需满足隔离子系统间直流故障时的电压应力要求；

隔离器中的全桥子模块数目需满足隔离子系统间直流故障时的电压应力要求。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种不依赖直流断路器的直流电网架构，包括多个多端直流输电系统，在各多端直流输电系统中，电源侧通过常规直流输电并入多端直流输电系统，等值交流电网通过混联模块化多电平换流器并入多端直流输电系统，多端直流输电系统内部的直流线路上则串接有多组快速机械开关和平波电抗器；各多端直流输电系统之间通过直流架空线及故障隔离设备相互连接，构成直流电网。本发明提出的直流电网架构，由多端直流输电系统组成的子系统构建，通过换流器和故障隔离设备的配合，能够不依靠直流断路器的开断，快速灵活、有选择性地处理直流故障。

技术研发人员：刘航
受保护的技术使用者：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心
技术研发日：2018.08.20
技术公布日：2019.01.18