一种双极柔性直流输电系统结构的制作方法

本实用新型属于电力系统柔性直流输电技术领域，特别涉及一种双极柔性直流输电系统结构。

背景技术：

柔性直流输电技术是一种新型直流输电技术，合理的控制保护策略决定了柔性直流输电系统安全稳定运行。它的灵活应用性能使其在城市电网互联、清洁能源并网以及孤岛供电等领域有着广阔的应用前景。随着输电容量的增大和供电可靠性的提高，一些学者提出了双极柔性直流输电系统。然而双极柔性直流输电系统故障特性与单级柔性直流输电系统存在很大区别，尤其是站内交流系统接地故障，现有的控制保护方法已经不再适用，如果不采取合理的保护控制策略，将会严重危害到系统的安全稳定运行。因此，站内交流系统发生单相接地故障时的双极柔性直流输电系统控制保护方法成为一个工程上亟需解决的问题。

在金属回线故障时，无法承受不平衡电流；当直流架空线路发生接地故障时，需要闭锁换流阀，不能直接清除直流故障，仍有改进的空间。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的是提供一种双极柔性直流输电系统结构，当金属回线故障时，可以临时切换为换流站内地网短时承受不平衡电流；当直流架空线路发生接地故障时，能有效清除直流障碍且直流电流降为0后可立即重启直流系统，直流电压和功率能快速恢复到额定值。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种双极柔性直流输电系统结构，包括结构相同的交流电转换成直流电的第一模块、直流电转换成交流电的第二模块、交流电转换成直流电的第三模块以及流电转换成交流电的第四模块，所述第一模块通过直流输电线与第二模块连接，所述第一模块包括交流电网、电阻抗、换流变压器、换流阀，所述交流电网与电阻抗一端连接，所述电阻抗另一端连接有换流变压器，所述换流变压器与第一换流阀交流电的一端连接，所述第三模块与第四模块通过直流输电线连接，所述第一模块与第三模块通过第一中性线连接，所述第一中性线上配置有中性线母线开关NBS，所述第二模块与第四模块通过第二中性线连接，所述第二中性线上配置有中性线母线开关NBS，所述第一中性线与第二中性线通过金属回线连接，所述金属回线上配置有大地回线转换开关GRTS。

所述换流阀内包括上下两个桥臂，所述上下两个桥臂并联构成一个相单元，所述各相单元并联，所述桥臂上每相设有N个串联的功率模块。

所述每个桥臂上功率模块包括P全桥型功率模块以及Q半桥型功率模块，所述全桥功率模块与半桥功率模块串联。

所述P+Q＝N，所述全桥功率模块的数量不少于板桥功率模块的数量。

所述第一中性线上连接有第一快速接地开关HSGS1，所述第二中性线上连接有第二快速接地开关HSGS2。

所述四个模块中均设有中性母线开关NBS。

所述换流变压器网侧绕组接地。

第一模块与第二模块通过直流输电线连接，第一模块包括交流电网、电阻抗、换流变压器、换流阀，所述交流电网与电阻抗一端连接，电阻抗另一端连接有换流变压器，换流变压器与第一换流阀交流电的一端连接，第三模块与第四模块通过直流输电线连接，第一模块与第三模块通过第一中性线连接，第一中性线上配置有中性线母线开关NBS，第二模块与第四模块通过第二中性线连接，第二中性线上配置有中性线母线开关NBS，第一中性线与第二中性线通过金属回线连接，金属回线上配置有大地回线转换开关GRTS，正常运行时，中性线母线开关NBS1～NBS4、大地回线转换开关GRTS处于闭合状态，第一快速接地开关HSGS1和第二快速接地开关HSGS2通常也选择其一处于闭合状态，用于给双极系统直流侧提供接地点，本例中选择第二快速接地开关HSGS2闭合。假设第一模块中的换流阀直流侧金属回线发生故障，此时需断开中性线母线开关NBS1、大地回线转换开关GRTS，闭合第一快速接地开关HSGS1，使换流站内地网短时承受不平衡电流。故障消除后，闭合中性线母线开关NBS1、大地回线转换开关GRTS，断开第一快速接地开关HSGS1，双极系统可继续运行。从而有效的避免了发生故障后，整个双极系统全部停运，提高了系统运行的可靠性。

由于换流阀采用全桥功率模块与半桥功率模块混连的拓扑结构，使得当直流架空线路发生接地故障时，能有效清除直流障碍且直流电流降为0后可立即重启直流系统，直流电压和功率能快速恢复到额定值。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种双极柔性直流输电系统结构的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中换流阀的结构示意图。

图3是本实用新型实施例中功率模块连接的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1和图2，是本实用新型实施例1提供的一种双极柔性直流输电系统结构的结构示意图，包括结构相同的交流电转换成直流电的第一模块、直流电转换成交流电的第二模块、交流电转换成直流电的第三模块以及流电转换成交流电的第四模块，第一模块通过直流输电线与第二模块连接，第一模块包括交流电网、电阻抗、换流变压器、换流阀，交流电网与电阻抗一端连接，电阻抗另一端连接有换流变压器，换流变压器与第一换流阀交流电的一端连接第三模块与第四模块通过直流输电线连接，第一模块与第三模块通过第一中性线连接，第一中性线上配置有中性线母线开关NBS，第二模块与第四模块通过第二中性线连接，第二中性线上配置有中性线母线开关NBS，第一中性线与第二中性线通过金属回线连接，金属回线上配置有大地回线转换开关GRTS。

每个模块均设有中性线母线开关NBS，第一模块中为NBS1，第二模块中为NBS2，第三模块中为NBS3，第四模块中为NBS4。每个模块中均设有换流阀，第一模块中为VSC1，第二模块中为VSC2，第三模块中为VSC3，第四模块中为VSC4，直流系统具备直流故障清除能力。

换流阀内包括上下两个桥臂，上下两个桥臂并联构成一个相单元，各相单元并联，桥臂上每相设有N个串联的功率模块，每个桥臂上功率模块包括P全桥型功率模块以及Q半桥型功率模块，全桥功率模块与半桥功率模块串联，P+Q＝N，全桥功率模块的数量不少于半桥功率模块的数量，以保证直流架空线路发生接地故障后，可迅速使直流电流降为0，不需要闭锁换流阀，直流故障清除且直流电流降为0后可立即重启直流系统，直流电压和功率能快速恢复到额定值。

第一中性线上连接有第一快速接地开关HSGS1，第二中性线上连接有第二快速接地开关HSGS2，用于金属回线故障时临时切换为换流站内地网短时承受不平衡电流。

换流变压器上接地，为系统提供了交流测的接地点。

以第一模块与第二模块为例，正常运行时，交流电经过阻抗，进入换流变压器，再通过换流阀，交流电转换成直流电，中性线母线开关NBS1闭合，大地回线转换开关GRTS闭合，第一模块的换流站的第一快速接地开关HSGS1断开，第二模块的换流站的第二快速接地开关HSGS2闭合，提供直流侧的接地点。

假设第一模块中的换流阀直流侧金属回线发生故障，此时需断开中性线母线开关NBS1、大地回线转换开关GRTS，闭合第一快速接地开关HSGS1，使换流站内地网短时承受不平衡电流。故障消除后，闭合中性线母线开关NBS1、大地回线转换开关GRTS，断开第一快速接地开关HSGS1，双极系统可继续运行。从而有效的避免了发生故障后，整个双极系统全部停运，提高了系统运行的可靠性。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。