多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法
【专利摘要】本发明是一种多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法。是一种在多端柔性直流输电系统不停电的情况下带电接入其余端的方法。该方法既保证运行中的柔直系统的稳定性，又通过使用隔离开关替代直流断路器而提高输电经济性。与柔直系统隔离的待接入端在单站稳态运行状态下，跟踪运行线路的直流电压，并通过定直流电压控制确保隔离开关两侧的电压差在允许范围内；对待接入端用于控制直流电压的直流电流目标值限幅，提供有限的直流电压控制能力，确保在闭合隔离开关和控制模式切换之间的延时内，同时存在的两定直流电压换流站（主换流站和待接入站）并网时不产生剧烈电压振荡。本发明便于操作，运行稳定，经济性好，对多端柔直系统的换流站带电接入具有指导意义。
【专利说明】多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种多端柔直输电系统在不停电的情况下，使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法，属于多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法的创新技术。
[0002]【背景技术】
柔直系统中单换流站的主接线图如图2所示，由交流断路器，换流变压器，充电电阻，旁路开关，换流阀，直流隔刀和直流线路组成。其启动过程主要包括以下几个阶段:经过充电电阻，利用交流系统电压对换流器子模块电容充电；通过定直流电压和有功功率(有功功率目标值=0)来抬升直流母线电压至额定直流电压值；对换流站解锁，并按照相应控制模式提升功率。
[0003]多端柔直系统包括一个主换流站和多个从换流站。以一个四端系统为例，直流接线如图3所示，交流接线如图4所示，在正常运行模式下(换流站A、B、D运行在三端模式)，主换流站A采取定直流电压控制模式，以维持直流系统中的直流电压稳定，而从换流站B、D可根据其所连接的交流类型选择相应控制模式。例如，当连接的交流系统为有源系统时，可采用定有功功率和无功功率控制模式(PQ模式)等；当连接的交流系统为无源系统时，则可以选取相应的无源控制模式，如定交流电压和交流系统频率(VF模式)等。在多端柔直系统运行中进行换流站C带电接入时，应保持原有系统运行不受影响，同时C站在接入后应调整到有源控制模式下。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，本发明在多端柔直系统正常运行的状态下，带电接入多端柔性直流输电系统的余端，而不使多端柔性直流输电系统进行停电再投运。
[0005]本发明的技术方案是:本发明的多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，其中多端柔性直流输电系统的换流站包括交流断路器CB、换流变压器、充电电阻、旁路开关、换流阀、直流隔刀DS、直流线路，使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法包括有如下步骤:
1)现有系统保持正常运行状态，待接入端与多端柔性直流输电系统隔离；
2)合上待接入端的交流断路器CB，通过充电电阻给待接入端充电，充电到合适值后，合上充电电阻的旁路开关；
3)估算直流隔刀DS网侧的直流电压值:
其中:直流电压测量值Wdem ,电流测量值和主换流站至汇流母线的额定电阻Λ
4)解锁待接入端运行在STATCOM模式；
5)操作待接入端和运行系统之间的直流隔刀DS至合闸状态，当检测到直流正负极隔离刀闸闭合后，将待接入端的运行模式从STATCOM切换到定有功功率和无功功率模式。[0006]6)待接入端进入正常运行，实现在线并列。
[0007]上述步骤4)解锁待接入端运行在STATCOM模式的方法是:采用定电压控制方式给待接入端充电至直流电压升至Udcj，记零功率输出时待接入换流站的有功损耗电流为id—1()SS，将待接入换流站的有功参考电流限幅值设定一个高于换流器损耗的数值，如:id—μ—li^idjoss+O- 02pu,以限制其调压能力，避免合闸后与原有的直流电压控制站产生振荡。[0008]本发明使用相对廉价的隔离开关而非直流断路器、负荷开关实现多端柔性直流输电系统的带电接入。
[0009]本发明待并列站先由交流侧充电启动至STATCOM运行模式，控制其直流电压使得直流刀闸两侧的电压大致相等。
[0010]上述STATCOM运行模式是定直流电压和无功功率，并由STATCOM提供无功补偿。
[0011]本发明将待并列站的有功电流参考值限制在比有功损耗略高的水平，使其可缓慢控制直流电压值，但是控制范围受到限制，从而避免直流刀闸合闸后、至新并入站切换控制模式之间，多端柔性直流系统的两个控制直流电压的换流站之间产生电压振荡。
[0012]本发明在带电接入换流站时，采用了相对廉价的隔离开关刀闸代替直流断路器。隔离开关一般用于隔离电路中的有电和无电部分，因其无灭弧能力，当切断较大电流时，隔离开关的刀片与刀嘴间的电弧会导致空气击穿；而在带电闭合时，若产生的浪涌电流超过开关可承载的额定电流，则会对刀闸及与其相连的换流阀造成过流冲击。因此，隔离开关通常在断路器断开电路后配合使用。但是，隔离开关也有一定的自然灭弧能力，故而可以开、合较小负荷电流或电容电流的设备或电路。由于目前直流断路器技术尚不成熟，因此可通过控制隔离开关两侧的电压差，在无直流断路器的情况下带电闭合刀闸，来实现多端柔直系统中的换流站带电接入。
[0013]本发明的技术特点是:通过控制隔离开关电压差进行带电合闸，并协调两定直流电压的换流站实现并网。刀闸闭合时无需对待接入端换流器进行闭锁和解锁的环节，防止电容电压在等待刀闸闭合的过程中因放电速度过快导致刀闸无法闭合。同时，整个并列过程为在线带电操作，不影响原有系统运行。
[0014]本发明的有益效果是:采用该方法能够经济有效的实现多端柔直系统中的换流站带电接入。尤其在直流断路器技术尚不成熟的情况下，该方法具有实现简单、性能稳定、经济性强等特点，可应用于多端柔直输电系统换流站在线并列。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为在线并列换流站的流程框图；
图2为单个换流站主接线图；
图3为换流站的直流接线示意图；
图4为换流站的交流接线示意图。
【具体实施方式】
[0016]在多端柔直系统正常运行的状态下，待接入端可以从直流侧并网运行。待接入端在线并列需要带电闭合直流隔离开关，但带电闭合刀闸的直流压差允许范围非常小。为满足带电闭合直流隔刀的直流压差要求，需要待接入端能够控制本地直流电压并跟踪运行线路的直流电压，因此待接入端的交流侧必须与交流电网相连(或与其他换流器交流侧相连)。
[0017]如果在待接入端启动过程中任何环节出现异常，则立即闭锁本换流站，断开本站流断路器，终止本次并列；如果在待接入站并列过程完毕前，检测到已投入运行的换流站中任一站出现异常，则进行系统紧急停运。
[0018]以图3及图4所示的四端柔直系统为例，本发明方法的具体接入方案包括以下步骤:
I)现有系统保持正常运行状态，包含主换流站A，工作在定直流电压和无功功率控制模式，从换流站B和D分别工作在PQ模式和VF模式(定交流电压和频率)，与待接入换流站C (停运模式)之间存在系统隔离。
[0019]2) C站启动至热备用状态，闭合其交流断路器，经过充电电阻对该换流站进行充电。在直流线电压达到交流线电压峰值后，充电完成，闭合充电电阻的旁路开关。
[0020]3)估算C站直流刀闸网侧的汇流母线直流电压值:
其中:主换流站A的直流电压测量值Udcm ,汇流母线至A站的直流线路电流测量值
Idcm和A站至汇流母线的额定电阻Λ
4)对C站进行换流阀解锁并运行在STATCOM模式。采用定电压控制方式抬升C站直流电压至Udc; f。记零功率输出时C站的有功损耗电流为id l()SS，将C站的有功参考电流限幅值设定一个略高于换流器损耗的数值，如:id—ref—lim=id—1()SS+0.02pu,以限制其调压能力，避免在合闸完成后、控制模式切换前，系统中同时存在的两个定直流电压换流站A和C并网时产生电压振荡。
[0021]5)换流站C的直流电压和目标值差额小于阈值时，操作C站和运行系统之间的直流隔刀至合闸状态。当检测到直流正负极隔离刀闸闭合后，将C站的运行模式从STATCOM模式切换到PQ模式。
[0022]6)多端柔直系统转入稳态运行，C站在线并列流程完毕。
【权利要求】
1.一种多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，其中多端柔性直流输电系统的换流站包括交流断路器CB、换流变压器、充电电阻、旁路开关、换流阀、直流隔刀DS、直流线路，其特征在于使用隔离开关带电接入多端柔性直流输电系统的方法包括有如下步骤: 1)现有系统保持正常运行状态，待接入端与多端柔性直流输电系统隔离； 2)合上待接入端的交流断路器CB，通过充电电阻给待接入端充电，充电到合适值后，合上充电电阻的旁路开关； 3)估算直流隔刀DS网侧的直流电压值: 其中:直流电压测量值Uifcm,电流测量值和主换流站至汇流母线的额定电阻Λ 4)解锁待接入端运行在STATCOM模式； 5)操作待接入端和运行系统之间的直流隔刀DS至合闸状态，当检测到直流正负极隔离刀闸闭合后，将待接入端的运行模式从STATCOM切换到定有功功率和无功功率模式； 6)待接入端进入正常运行，实现在线并列。
2.根据权利要求1所述的多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，其特征在于上述步骤4)解锁待接入端运行在STATCOM模式的方法是:采用定电压控制方式给待接入端充电至直流电压升至Udc f,记零功率输出时待接入换流站的有功损耗电流为id—1()SS，将待接入换流站的有 功参考电流限幅值设定一个高于换流器损耗的数值，如:id—^lim=id—loss+0.02pu,以限制其调压能力，避免合闸后与原有的直流电压控制站产生振荡。
3.根据权利要求1所述的多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，其特征在于使用相对廉价的隔离开关而非直流断路器、负荷开关实现多端柔性直流输电系统的带电接入。
4.根据权利要求1所述的多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，其特征在于待并列站先由交流侧充电启动至STATCOM运行模式，控制其直流电压使得直流刀闸两侧的电压大致相等。
5.根据权利要求4所述的多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，其特征在于上述STATCOM运行模式是定直流电压和无功功率，并由STATCOM提供无功补偿。
6.根据权利要求1所述的多端柔性直流输电系统使用隔离开关带电接入的方法，其特征在于将待并列站的有功电流参考值限制在比有功损耗略高的水平，使其可缓慢控制直流电压值，但是控制范围受到限制，从而避免直流刀闸合闸后、至新并入站切换控制模式之间，多端柔性直流系统的两个控制直流电压的换流站之间产生电压振荡。
【文档编号】H02J1/00GK103618305SQ201310609277
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】黎小林, 袁志昌, 李岩, 宋强, 刘涛, 陆超, 赵晓斌, 付姣, 杨柳, 张少杰 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 清华大学, 张家港智能电力研究院有限公司