串联多端直流输电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供串联多端直流输电系统，包括：变换器单元组，其分别为整流器单元组和逆变器单元组；和区外高压直流极线。整流器单元组包括通过至少一条区内直流母线依次串联的至少两个变换器单元；逆变器单元组包括通过至少一条区内直流母线依次串联的至少两个变换器单元；整流器单元组的第一直流端和逆变器单元组的第一直流端分别与区外高压直流极线的第一端和第二端电气耦合；整流器单元组的第二直流端和逆变器单元组的第二直流端分别与第一接地极和第二接地极电气耦合；滤波器，其位于变换器单元组中的第一变换器单元组的第一直流端和区外高压直流极线之间。通过采用上述拓扑，能够将区外故障和区内故障相区分。
【专利说明】串联多端直流输电系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多端直流输电系统，更具体地说，涉及串联多端直流输电系统。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的发展，直流电网成为一个发展趋势，包括串联多端直流输电 系统和并联多端直流输电系统等。其中串联多端直流输电系统具有建设成本低、输送容量 大的优势。
[0003] 图1示出现有的双极型多端直流输电系统。如图1所示，双极型多端直流输电系 统1包括正极多端直流输电系统10和负极多端直流输电系统11。正极多端直流输电系统 10包括两组变换器单元组，其分别为正极整流器单元组100和正极逆变器单元组101。正 极整流器单元组100包括通过第一正极区内直流母线100a依次串联的两个正极整流器单 元l〇〇b ;如果需要更高的电压等级，正极整流器单元100b的数目也可以高于两个，相应地 连接正极整流器单元l〇〇b的第一正极区内直流母线100a也可多于一条。正极逆变器单元 组101，包括通过第二正极区内直流母线101a依次串联的至少两个正极逆变器单元101b ; 如果需要更高的电压等级，正极逆变器单元l〇lb的数目也可以高于两个，相应地连接正极 整流器单元l〇〇b的第二正极区内直流母线101a也可多于一条。双极型多端直流输电系统 1还包括正极区外高压直流极线102,其中：正极整流器单元组100的一直流端和正极逆变 器单元组101的一直流端分别与正极区外高压直流极线102的第一端和第二端电气耦合； 并且正极整流器单元组100的另一直流端和正极逆变器单元组101的另一直流端分别与接 地极电气f禹合。
[0004] 通常，在靠近正极高压直流极线102的正极整流器单元100b的两端跨接有直流滤 波器100c，在靠近正极高压直流极线102的正极逆变器单元101b的两端跨接有直流滤波器 101C，以便抑制从正极整流器单元100b和正极逆变器单元101b向正极高压直流极线102 馈送高频分量；在两个串联的正极整流器单元l〇〇b的串联点和接地极之间布置有直流滤 波器l〇〇d，在两个串联的正极逆变器单元101b的串联点和接地极之间布置有直流滤波器 l〇ld，以便抑制从正极整流器单元100b和正极逆变器单元101b向正极高压直流极线102 馈送高频分量。
[0005] 负极多端直流输电系统11包括两组变换器单元组，其分别为负极整流器单元组 110和负极逆变器单元组111。负极整流器单元组110包括通过第一负极区内直流母线110a 依次串联的两个负极整流器单元110b ;如果需要更高的电压等级，负极整流器单元110b的 数目也可以高于两个，相应地连接负极整流器单元ll〇b的第一负极区内直流母线110a也 可多于一条。负极逆变器单元组111，包括通过第二负极区内直流母线111a依次串联的至 少两个负极逆变器单元111b ;如果需要更高的电压等级，负极逆变器单元111b的数目也可 以高于两个，相应地连接负极整流器单元ll〇b的第二负极区内直流母线111a也可多于一 条。双极型多端直流输电系统1还包括负极区外高压直流极线112,其中：负极整流器单元 组110的一直流端和负极逆变器单元组111的一直流端分别与负极区外高压直流极线112 的第一端和第二端电气耦合；并且负极整流器单元组110的另一直流端和负极逆变器单元 组111的另一直流端分别与接地极电气耦合。
[0006] 通常，在靠近负极高压直流极线112的负极整流器单元110b的两端跨接有直流滤 波器110c，在靠近负极高压直流极线112的负极逆变器单元111b的两端跨接有直流滤波器 111C，以便抑制从负极整流器单元110b和负极逆变器单元111b向正极高压直流极线112 馈送高频分量。在两个串联的负极整流器单元110b的串联点和接地极之间布置有直流滤 波器ll〇d，在两个串联的负极逆变器单元111b的串联点和接地极之间布置有直流滤波器 llld，以便抑制从负极整流器单元101b和负极逆变器单元111b向负极高压直流极线112 馈送高频分量。
[0007] 用于高压直流传输线的继电保护原理主要有两种：一种是基于行波波头幅值的保 护，保护动作速度快，但存在抗过渡电阻能力不够的问题，如果过渡电阻超过某一数值，该 保护会发生拒动；另外一种是电流差动保护，为避免线路分布电容电流的影响，必须采用较 长的延时，一般不小于0. 5秒。
[0008] 不同于传统的点对点的两端直流输电系统，串联多端直流系统有新的故障特征。 例如，对于传统的点对点两端直流输电系统，没有区内直流故障这种故障类型，而多端串联 直流电网则存在这种故障类型。传统的针对点对点两端直流输电系统的线路保护会碰到新 问题。具体来说，如图1所示，对于两个相邻的线路，比如电压等级为400kV的第一正极区 内直流母线l〇〇a和电压等级为800kV的正极高压直流极线102。对于400kV线路的保护， 当在800kV直流线上发生故障时，行波不会经过位于第一变换器单元组100的第一直流端 和区外高压直流极线102之间的交流滤波器（未示出），而是经过直流滤波器100c直接进 入400kV线路。这样，发生这种故障，对于400kv线路的保护来说，故障时的行波有和区外 故障时相近的电压变化率和更高的幅值，从而不能和400kV线路上的故障相区分。
[0009] 图2示出根据图1的传统双极型多端直流输电系统的高压侧变换器单元。如图2 所示，变换器单元l〇〇b的阀组的两个直流端分别串联连接两个平波电抗器L10a，L10b，其 中平波电抗器L10a可电气连接区外高压直流极线102,平波电抗器L10b可电气连接区内 直流母线l〇〇a;变换器单元101b的阀组的两个直流端分别串联连接两个平波电抗器L10c， L10d，其中平波电抗器L10c可电气连接区外高压直流极线102,平波电抗器L10b可电气连 接区内直流母线l〇la ;变换器单元110b的阀组的两个直流端分别串联连接两个平波电抗 器Llla，Lllb，其中平波电抗器Lila可电气连接区外高压直流极线112,平波电抗器L10b 可电气连接区内直流母线ll〇a ;变换器单元111b的阀组的两个直流端分别串联连接两个 平波电抗器Lllc，Llld其中平波电抗器Lllc可电气连接区外高压直流极线112,平波电抗 器Lllb可电气连接区内直流母线111a。
【发明内容】
[0010] 针对上述技术问题，本发明提供一种串联多端直流输电系统，包括：变换器单元 组，其分别为整流器单元组和逆变器单元组；和区外高压直流极线。整流器单元组包括通 过至少一条区内直流母线依次串联的至少两个变换器单元；逆变器单元组包括通过至少一 条区内直流母线依次串联的至少两个变换器单元；整流器单元组的第一直流端和逆变器单 元组的第一直流端分别与区外高压直流极线的第一端和第二端电气耦合；整流器单元组的 第二直流端和逆变器单元组的第二直流端分别与第一接地极和第二接地极电气耦合；滤波 器，其位于变换器单元组中的第一变换器单元组的第一直流端和区外高压直流极线之间。 这有效地抑制了对于第一正极区内直流母线的保护来说，故障时的行波有和区外故障时相 近的电压变化率和更高的幅值，从而能够将区外故障和区内故障相区分。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1示出现有的双极型多端直流输电系统；
[0012] 图2示出根据图1的传统双极型多端直流输电系统的高压侧变换器单元；
[0013] 图3示出根据本发明的一个实施例的双极型多端直流输电系统；和
[0014] 图4示出根据本发明的另一个实施例的双极型多端直流输电系统。
【具体实施方式】
[0015] 图3示出根据本发明的一个实施例的双极型多端直流输电系统。图3所示双极型 多端直流输电系统3与图1所不的双极型多端直流输电系统1的不同之处在于对于至少一 个高压侧的变换器单元l〇〇b，101b，110b，111b(同一组变换器单元组中带有阴影的那个表 示高压侧的变换器单元）做改进，在位于变换器单元组中的第一变换器单元组的第一直流 端和所述区外高压直流极线之间布置滤波器，其对于来自所述区外高压直流极线的故障分 量信号来说进行交流滤波并且对于来自所述变换器单元组的输出信号来说进行直流滤波。 例如，在第一变换器单元组（第一变换器单元组可以是变换器单元组100,101，110,111中 的任何一组，或者其中的若干组，或者全部）的第一直流端和区外高压直流极线之间串联 交流滤波器（比如平波电抗器），并且在第一变换器单元组的第一直流端和第一变换器单 元组中依次串联的至少两个变换器单元的串联连接点之间跨接直流滤波器。具体而言，在 第一变换器单元组100的第一直流端和正极区外高压直流极线102之间串联交流滤波器 300a，并且在第一变换器单元组100的第一直流端和第一变换器单元组100中依次串联的 至少两个变换器单元l〇〇b的串联连接点300c之间跨接直流滤波器100c，在第一变换器单 元组101的第一直流端和正极区外高压直流极线102之间串联交流滤波器301a，并且在第 一变换器单元组101的第一直流端和第一变换器单元组101中依次串联的至少两个变换器 单元l〇lb的串联连接点301c之间跨接直流滤波器101c ;在第一变换器单元组110的第一 直流端和负极区外高压直流极线112之间串联交流滤波器310a，并且在第一变换器单元组 110的第一直流端和第一变换器单元组110中依次串联的至少两个变换器单元ll〇b的串联 连接点310c之间跨接直流滤波器110c ;在第一变换器单元组111的第一直流端和负极区 外高压直流极线112之间串联交流滤波器311a，并且在第一变换器单元组111的第一直流 端和第一变换器单元组111中依次串联的至少两个变换器单元111b的串联连接点311c之 间跨接直流滤波器111c。通过上述的改进，以变换器单元组100为例，通过直流滤波器100c 形成高频回路，可以抑制从正极整流器单元l〇〇b向正极高压直流极线102馈送高频分量， 同时交流滤波器300a可以使得在正极高压直流极线102上发生故障时，行波不会经过第一 变换器单元组100的第一直流端和区外高压直流极线102之间的直流滤波器，而是经过交 流滤波器300a进入第一正极区内直流母线100a，这有效地抑制了对于第一正极区内直流 母线100a的保护来说，故障时的行波有和区外故障时相近的电压变化率和更高的幅值，从 而能够将区外故障和区内故障相区分。
[0016] 优选地，图3所示双极型多端直流输电系统3与图1所示的双极型多端直流输电 系统1的不同之处还在于改变了高压侧变换器单元l〇〇b，101b，110b，111b的平波电抗器 L10a，L10c，LIla，LIlc的电感值。具体来说，根据图3所示的交流滤波器300a，301a，310a， 311a的电感值与其所连接的高压侧变换器单元100b，101b，110b，111b的平波电抗器L10a， L10c，Llla，Lllc的电感值分别相同，并且其和分别等于图1所示的双极型多端直流输电系 统1的平波电抗器1^10 &，1^10(3，1^11&，1^11(3的电感值。例如，图3所示的交流滤波器300 &的 电感值与平波电抗器L10a的电感值之和等于根据图1的平波电抗器L10a的电感值。这样 可以阻挡外部故障产生的行波，使得本保护原理可以区分内部和外部故障。而且这种配置 使得成本比较低，较现有方案成本增加不多。
[0017] 图4示出根据本发明的另一个实施例的双极型多端直流输电系统。同样，图4所 示双极型多端直流输电系统4与图1所示的双极型多端直流输电系统1的不同之处在于对 于至少一个高压侧的变换器单元100b，101b，110b，111b (同一组变换器单元组中带有阴影 的那个表示高压侧的变换器单元）做改进，在位于变换器单元组中的第一变换器单元组的 第一直流端和所述区外高压直流极线之间布置滤波器，其对于来自所述区外高压直流极线 的故障分量信号来说进行交流滤波并且对于来自所述变换器单元组的输出信号来说进行 直流滤波。例如，在所述第一变换器单元组（第一变换器单元组可以是变换器单元组100， 101，110,111中的任何一组，或者其中的若干组，或者全部）的第一直流端和第三接地极之 间布置直流滤波器。具体而言，第一变换器单元组100的第一直流端和第三接地极之间布 置直流滤波器400,第一变换器单元组101的第一直流端和第三接地极之间布置直流滤波 器401，第一变换器单元组110的第一直流端和第三接地极之间布置直流滤波器410,第一 变换器单元组111的第一直流端和第三接地极之间布置直流滤波器411。通过上述的改 进，以变换器单元组100为例，通过直流滤波器400和直流滤波器100d经过大地形成高频 回路，可以抑制从正极整流器单元l〇〇b向正极高压直流极线102馈送高频分量，同时交流 滤波器400可以使得在正极高压直流极线102上发生故障时，行波不会经过第一变换器单 元组100的第一直流端和区外高压直流极线102之间的直流滤波器，而是经过交流滤波器 300a进入第一正极区内直流母线100a，这有效地抑制了对于第一正极区内直流母线100a 的保护来说，故障时的行波有和区外故障时相近的电压变化率和更高的幅值，从而能够将 区外故障和区内故障相区分。
[0018] 上述根据本发明的实施例从电路拓扑结构角度描述了区分区外故障和区内故障。 从信号处理的角度，图3和图4所示的双极型多端直流输电系统3,4还包括检测部件30， 31，32，33和处理部件34。检测部件30，31，32，33可以是电压互感器或者电流互感器用于检 测正极区内直流母线l〇〇a，101a和负极区内直流母线110a，111a的电压或电流信号。处理 部件34可根据检测部件30, 31，32, 33所检测的故障分量信号的变化率判断所述第一变流 器单元组是否存在区内故障。处理部件34与检测部件30, 31，32, 33可通过网络35通信。
[0019] 下面以第一变流器单元组100为例说明区分区外故障和区内故障的算法。
[0020] 步骤1 :计算故障分量电流和故障分量电压
[0021]
【权利要求】
1. 一种串联多端直流输电系统，包括： 变换器单元组，其分别为整流器单元组和逆变器单元组；和 区外高压直流极线； 其中： 所述整流器单元组包括通过至少一条区内直流母线依次串联的至少两个变换器单 元； 所述逆变器单元组包括通过至少一条区内直流母线依次串联的至少两个变换器单 元； 所述整流器单元组的第一直流端和所述逆变器单元组的第一直流端分别与所述区外 高压直流极线的第一端和第二端电气耦合； 所述整流器单元组的第二直流端和所述逆变器单元组的第二直流端分别与第一接地 极和第二接地极电气耦合； 滤波器，其位于所述变换器单元组中的第一变换器单元组的第一直流端和所述区外高 压直流极线之间，其对于来自所述区外高压直流极线的故障分量信号来说进行交流滤波并 且对于来自所述变换器单元组的输出信号来说进行直流滤波。
2. 如权利要求1所述的串联多端直流输电系统，其中： 所述滤波器包括： 位于所述第一变换器单元组的第一直流端和所述区外高压直流极线之间的交流滤波 器；和 跨接在所述第一变换器单元组的第一直流端和所述第一变换器单元组中依次串联的 至少两个变换器单元的串联连接点之间的直流滤波器。
3. 如权利要求1所述的串联多端直流输电系统，其中： 所述滤波器包括： 在所述第一变换器单元组的第一直流端和第三接地极之间的直流滤波器。
4. 如所述权利要求之一所述的串联多端直流输电系统，还包括： 检测部件，其可检测所述第一变流器单元组的区内故障分量信号；和 处理部件，其可根据所述检测部件所检测的故障分量信号的变化率判断所述第一变流 器单元组是否存在区内故障。
5. -种双极型串联多端直流输电系统，包括如权利要求1-3之一所述的正极串联多端 直流输电系统和如权利要求1-3之一所述的负极串联多端直流输电系统，其中： 正极串联多端直流输电系统的第一接地极和负极串联多端直流输电系统的第一接地 极为同一接地极； 正极串联多端直流输电系统的第二接地极和负极串联多端直流输电系统的第二接地 极为同一接地极；并且 正极串联多端直流输电系统的第一变换器单兀和负极串联多端直流输电系统的第一 变换器单元同为整流器单元或同为逆变器单元； 还包括： 第一检测部件，其可检测所述正极串联多端直流输电系统的第一变流器单元组的区内 故障分量信号； 第二检测部件，其可检测所述负极串联多端直流输电系统的第一变流器单元组的区内 故障分量信号； 处理部件，其对于所述正极串联多端直流输电系统的第一变流器单元组和所述负极串 联多端直流输电系统的第一变流器单元组中至少之一，基于第一检测部件所检测的区内故 障分量信号和第二检测部件所检测的区内故障分量信号来计算所述第一变流器单元组区 内故障分量信号解耦值，并且基于所计算的故障分量信号解耦值的变化率，判断是否存在 区域内故障。
6.如权利要求5所述的双极型串联多端直流输电系统，其中： 所述故障分量信号解耦值为差模值或共模值。
【文档编号】H02J3/36GK104242291SQ201410497987
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】刘凯, 李幼仪, 王建平, 王庆平, 杨晓波 申请人:Abb技术有限公司