专利名称：一种多端模块化多电平直流输电系统及其接地极确定方法
技术领域：
本发明属于电力系统输电技术领域，具体涉及一种多端模块化多电平直流输电系统及其接地极确定方法。
背景技术：
模块化多电平直流输电系统(ModularMultilevel Converter-HVDC, MMC-HVDC)采用可控关断型电力电子器件，与基于晶闸管的传统直流输电系统相比，具有灵活、经济、环保、高效的特点，在光伏、风电和潮汐等新能源并网，超大规模城市输配电，偏远海岛、孤立负荷和无源网络送电等场合比传统直流输电系统有更强的竞争力，已经成为了直流输电系统发展的主流趋势。多端模块化多电平直流输电系统(Multi-Terminal MMC-HVDC,MMC-MTDC)指的含有两个以上模块化多电平换流站的高压直流输电系统，这些换流站之间通过直流线路相互联系。相对于交流输电或者传统直流输电，MMC-MTDC更为灵活、经济效·应更高。可以预见，MMC-MTDC在分布式新能源并网等领域将具有广阔的应用前景。然而目前的MMC-MTDC接地方式的安装、设计方面仍存在以下不足和待改进之处就接地极安装方面而言，在现有的MMC-MTDC中，每个换流站站内都必须采用专用的接地装置接地。每个换流站站内都装设专用接地装置，会直接增大换流站占地面积和其相应的建设、维护费用，进而降低了多端柔性直流系统的经济效益。就接地极设计方面而言，现有技术主要有两种，一种是在MMC阀侧安装三相星形连接的电抗支路为换流站提供参考电位的技术，该技术电抗参数选择较为困难，并且极大地影响了换流器本身无功功率运行范围，甚至需要考虑安装附加无功补偿设备确保系统的正常运行；另外一种是直流侧大电阻箝位接地方式，但该接地方式与电阻参数选取密切相关，当电阻取得过小则稳态运行损耗较大，当电阻取得过大则整个系统近似不接地，对系统绝缘配合要求较高。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种多端模块化多电平直流输电系统及其接地极确定方法，在保证系统可靠性的前提下，减少了系统的接地极数目，降低了系统的设计、安装难度以及建设费用。—种多端模块化多电平直流输电系统，包括:m个与交流电网连接的换流站，m个换流站接入同一直流输电网架中个换流站中有η个换流站安装有接地极，m和η均为大于O的自然数,且η < m。所述的换流站包括有换流器，所述的换流器的三相交流端通过换流变压器与交流电网连接，所述的换流器正负直流端分别通过两个平波电抗器接入直流输电网架。所述的接地极安装于换流器的直流侧或交流侧若所述的接地极安装于换流器的直流侧，则其由两个分压器件组成，两个分压器件串联后接于换流器正负直流端之间且串联接点接地，所述的分压器件为电容或电阻；
若所述的接地极安装于换流器的交流侧，则其由三个电抗和一电阻组成，三个电抗的一端分别与换流器的三相交流端连接，三个电抗的另一端均与电阻的一端相连，电阻的另一端接地。优选地，采用定直流电压控制策略的换流站以及采用后备定直流电压控制策略的换流站安装有接地极。对于采用这两种控制策略的换流站而言，控制信号需要根据电压大小来调整，若没有在这些换流站安 装接地极，那么其电压大小只能由其它有接地极的换流站经过直流输电线路来确定。考虑到直流线路的非理想特性，必定会使测得的电压信号不准确，特别是在故障情况下的影响更为明显，造成这些没有接地极的换流站的电压过大，甚至会影响到其它换流站。上述直流输电系统的接地极确定方法，包括如下步骤(I)确定直流输电系统的各种接地极安装方案；(2)对任一安装方案的系统中任一换流站施加各类故障，依此遍历各换流站各安装方案，进而采集各安装方案的系统中各换流站在各故障状况下的各关键点电压；(3)根据所述的关键点电压，对各安装方案的系统进行过电压标准判断，保留符合过电压标准的安装方案；(4)采用关键点电压比较法对保留下来的安装方案进行筛选，以确定出最优安装方案。所述的步骤(I)中，确定直流输电系统各种接地极安装方案的过程如下(a)对直流输电系统中的η个换流站安装接地极；(b)使直流输电系统以各种组合确定该η个换流站，得到多种安装方案；(c)根据步骤(a)和(b)，依次使η为I至m-Ι的任一自然数，遍历得到所有安装方案。所述的步骤(3)中，对各安装方案的系统进行过电压标准判断的方法为对于任一安装方案的系统，判断该系统中各换流站在各故障状况下的各关键点电压是否均满足以下关系式，若全部满足，则保留该安装方案；
权利要求
1.一种多端模块化多电平直流输电系统，包括m个与交流电网连接的换流站，m个换流站接入同一直流输电网架中；其特征在于m个换流站中有η个换流站安装有接地极,m和η均为大于O的自然数,且η < m。
2.根据权利要求I所述的多端模块化多电平直流输电系统，其特征在于所述的接地极安装于换流器的直流侧或交流侧； 若所述的接地极安装于换流器的直流侧，则其由两个分压器件组成，两个分压器件串联后接于换流器正负直流端之间且串联接点接地，所述的分压器件为电容或电阻； 若所述的接地极安装于换流器的交流侧，则其由三个电抗和一电阻组成，三个电抗的一端分别与换流器的三相交流端连接，三个电抗的另一端均与电阻的一端相连，电阻的另一端接地。
3.根据权利要求I所述的多端模块化多电平直流输电系统，其特征在于采用定直流电压控制策略的换流站以及采用后备定直流电压控制策略的换流站安装有接地极。
4.一种如权利要求I所述的直流输电系统的接地极确定方法，包括如下步骤 (1)确定直流输电系统的各种接地极安装方案； (2)对任一安装方案的系统中任一换流站施加各类故障，依此遍历各换流站各安装方案，进而采集各安装方案的系统中各换流站在各故障状况下的各关键点电压； (3)根据所述的关键点电压，对各安装方案的系统进行过电压标准判断，保留符合过电压标准的安装方案； (4)采用关键点电压比较法对保留下来的安装方案进行筛选，以确定出最优安装方案。
5.根据权利要求4所述的接地极确定方法，其特征在于所述的步骤(I)中，确定直流输电系统各种接地极安装方案的过程如下 (a)对直流输电系统中的η个换流站安装接地极； (b)使直流输电系统以各种组合确定该η个换流站，得到多种安装方案； (c)根据步骤(a)和(b)，依次使η为I至m-Ι的任一自然数，遍历得到所有安装方案。
6.根据权利要求4所述的接地极确定方法，其特征在于所述的步骤(3)中，对各安装方案的系统进行过电压标准判断的方法为对于任一安装方案的系统，判断该系统中各换流站在各故障状况下的各关键点电压是否均满足以下关系式，若全部满足，则保留该安装方案；
7.根据权利要求4所述的接地极确定方法，其特征在于所述的步骤(4)中，采用关键点电压比较法对保留下来的安装方案进行筛选的过程如下 首先，对于保留下来且具有相同个数接地换流站的各安装方案的系统，采用一对一淘汰机制对这些系统进行关键点过电压比较，较优的系统进入下一轮比较，较劣的系统淘汰，直至剩下最后一个系统，并使该系统对应的安装方案作为具有该接地换流站个数的所有安装方案中的最佳安装方案； 然后，对于保留下来且具有不同个数接地换流站的各最佳安装方案的系统，采用一对一淘汰机制对这些系统进行关键点过电压比较，较优的系统进入下一轮比较，较劣的系统淘汰，直至剩下最后一个系统，并使该系统对应的安装方案为所有安装方案中的最优安装方案。
8.根据权利要求4所述的接地极确定方法，其特征在于采用一对一淘汰机制对保留下来的系统进行关键点过电压比较的方法如下 首先，确定各系统中各关键点最大电压值对于任一系统中任一种关键点电压，统计该系统中各换流站在各故障状况下该关键点电压的所有值，取其中最大值为对应的关键点最大电压值； 然后，使待比较的两个系统分别与参考系统比较各关键点最大电压值，所述的参考系统为全部换流站均安装接地极的系统； 若待比较的两个系统具有相同个数接地换流站，设系统A有X个关键点最大电压值小于参考系统对应的关键点最大电压值，系统B有y个关键点最大电压值小于参考系统对应的关键点最大电压值 ’若X彡7，则系统A较优，系统B较劣；反之，系统B较优，系统A较劣； 若待比较的两个系统具有不同个数接地换流站，设系统A有X个关键点最大电压值小于参考系统对应的关键点最大电压值，系统B有y个关键点最大电压值小于参考系统对应的关键点最大电压值；若x/a ^ y/b,则系统A较优，系统B较劣；反之，系统B较优，系统A较劣，a和b分别为系统A和系统B所具有的接地换流站个数。
全文摘要
本发明公开了一种多端模块化多电平直流输电系统，包括m个换流站，m个换流站中有n个换流站安装有接地极，n＜m。本发明还公开了上述系统的接地极确定方法，包括(1)确定系统的各种接地极安装方案；(2)施加故障并采集关键点电压；(3)对各方案系统进行过压标准判断；(4)通过筛选确定最优安装方案。本发明通过减少系统的接地极数目，减少换流站的占地面积和可能需要安装的无功补偿设备；在保证系统可靠性的前提下，直接降低在接地方面的建设和维护成本，从而能显著提高系统的经济效益。
文档编号H02J1/00GK102931674SQ20121042451
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者徐政, 张哲任, 薛英林, 唐庚, 刘昇 申请人:浙江大学