直流泄能支路及高压直流输电系统的制作方法

本实用新型涉及直流输配电技术领域，特别是涉及一种直流泄能支路及高压直流输电系统。

背景技术：

近年来电力电子开关器件的快速发展，柔性直流输电在电压等级、输电距离和传输容量上，已经向传统直流输电逐步靠近。柔性直流输电系统的控制和保护系统能够通过合理的配置来提高系统在故障情况下的不间断运行能力，从而实现系统的保护功能。然而，当受端换流站交流母线故障或者发生扰动时，母线电压将会跌落，从而会引起系统传输功率的下降，此时送端换流站若在故障期间保持额定传输功率不变的情况下，将会导致换流站子模块电容电压和直流线路电压升高，从而导致功率器件和电容的损坏，此类问题在新能源并网外送的情况下较为凸出。因此，有必要在受端交流侧故障期间(200ms－300ms)，针对受端交流系统无法完全吸收的功率进行泄放，在故障切除后完成系统重启恢复正常运行状态，从而保证两端换流站中功率器件的安全运行。

当直流输电系统发生故障时，现有的直流泄能支路虽然也能对过剩的功率进行泄放，但是，由于元器件直接与直流线路连接，会导致元器件的绝缘水平要求增大，从而增加设备成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种直流泄能支路，能够有效地降低元器件两端的电压，保证元器件的正常运行。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种直流泄能支路，配置于高压直流输电系统，包括：第一动态泄能支路和第二动态泄能支路；

所述第一动态泄能支路的输入端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一动态泄能支路的输出端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地，所述第二动态泄能支路的输出端与所述高压直流输电系统输电线路的负极电连接；

所述第一动态泄能支路包括第一晶闸管组电路、第一泄能电阻和第一避雷器组，所述第一晶闸管组电路的第一端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一晶闸管组电路的第二端与所述第一泄能电阻的第一端电连接，所述第一泄能电阻的第二端与所述第一避雷器组的第一端电连接，所述第一避雷器组的第二端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地；

所述第二动态泄能支路包括第二晶闸管组电路与第二泄能电阻和第二避雷器组，所述第二晶闸管组电路的第一端与所述第一动态泄能支路的输出端电连接并接地，所述第二晶闸管组电路的第二端与所述第二泄能电阻的第一端电连接，所述第二泄能电阻的第二端与所述第二避雷器组的第一端电连接，所述第二避雷器组的第二端与所述高压直流输电系统直流输电线路的负极电连接。

作为优化方案，所述第一晶闸管组电路包括若干个串联连接的第一晶闸管组，其中，所述第一晶闸管组包括M个晶闸管，M≥1。

作为优化方案，所述第二晶闸管组电路包括若干个串联连接的第二晶闸管组，其中，所述第二晶闸管组包括N个晶闸管，N≥1。

作为优化方案，所述第一泄能电阻和所述第二泄能电阻的阻值通过以下计算公式计算得到：

其中，Ud为此时直流侧电压实际值，Udrate为直流侧电压额定值，m为投入泄能电阻时的阈值，P1为所述高压直流输电系统的送端站输送功率，P2为所述高压直流输电系统的受端站接收功率为，P3为流入所述避雷型直流泄能支路的功率，正常运行情况下满足P1＝P2，P3＝0。

作为优化方案，所述第一避雷器组中的避雷器数量为m个，且m个避雷器间同向并联，并共同并联在所述高压直流输电系统直流输电线路的正负极之间，其中，m≥1；

作为优化方案，所述第二避雷器组中的避雷器数量为n个，且n个避雷器间同向并联，并共同并联在所述高压直流输电系统直流输电线路的正负极之间，其中，n≥1。

为了解决相同的技术问题，本实用新型还提供一种高压直流输电系统，包括整流站、逆变站、直流线路以及如上所述的动态泄能支路；其中，所述整流站和所述逆变站包括模块化多电平换流器；所述整流站的模块化多电平换流器的正极、所述逆变站的模块化多电平换流器的正极与所述直流线路相连接；所述整流站的模块化多电平换流器的负极、所述逆变站的模块化多电平换流器的负极与所述直流线路相连接。

本实用新型实施例中的直流泄能支路，包括第一动态泄能支路和第二动态泄能支路；所述第一动态泄能支路的输入端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一动态泄能支路的输出端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地，所述第二动态泄能支路的输出端与所述高压直流输电系统输电线路的负极电连接；所述第一动态泄能支路包括第一晶闸管组电路、第一泄能电阻和第一避雷器组，所述第一晶闸管组电路的第一端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一晶闸管组电路的第二端与所述第一泄能电阻的第一端电连接，所述第一泄能电阻的第二端与所述第一避雷器组的第一端电连接，所述第一避雷器组的第二端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地；所述第二动态泄能支路包括第二晶闸管组电路与第二泄能电阻和第二避雷器组，所述第二晶闸管组电路的第一端与所述第一动态泄能支路的输出端电连接并接地，所述第二晶闸管组电路的第二端与所述第二泄能电阻的第一端电连接，所述第二泄能电阻的第二端与所述第二避雷器组的第一端电连接，所述第二避雷器组的第二端与所述高压直流输电系统直流输电线路的负极电连接。通过在直流线路的正极接入若干个串联晶闸管组以及泄能电阻，同时为动态泄能支路构造一个接地点，能够有效地降低元器件两端的电压，保证元器件的正常运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种高压直流输电系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中一种直流泄能支路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的一种高压直流输电系统的结构示意图，所述模块化多电平换流器高压直流输电系统包括整流站、逆变站、直流线路以及动态泄能支路；其中，所述整流站和所述逆变站包括模块化多电平换流器；所述整流站的模块化多电平换流器的正极、所述逆变站的模块化多电平换流器的正极与所述直流线路相连接；所述整流站的模块化多电平换流器的负极、所述逆变站的模块化多电平换流器的负极与所述直流线路相连接。

在本实用新型实施例中，需要说明的是，所述整流站的模块化多电平换流器和所述逆变站的模块化多电平换流器均有6个桥臂，每个桥臂由N个规格一样的子模块SM(Sub－Module)和一个电抗器L串联组成。所述整流站的模块化多电平换流器和所述逆变站的模块化多电平换流器均通过三相变压器与交流系统连接，交流系统电源用Usa由表示，变压器用等值电感Lsa表示，换流站损耗用req表示，变压器电抗用XT表示，直流线路电压用Ud表示。其中，所述子模块SM为半桥子模块。

在本实施例中，在所述模块化多电平换流器高压直流输电系统中，设定整流站的输送功率为P1，逆变站的接收功率为P2，流入所述动态泄能支路的功率为P3，当直流输电系统正常运行时P1＝P2，P3＝0；当逆变站的交流侧母线发生单相接地故障时，所述交流侧母线电压会下降，逆变站的接收功率降低，而此时整流站的输送功率保持不变，因此需要启动动态泄能支路来消耗多余的功率。

结合图1和图2所示，本实用新型优选实施例中的为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种直流泄能支路，配置于高压直流输电系统，包括：第一动态泄能支路和第二动态泄能支路；

所述第一动态泄能支路的输入端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一动态泄能支路的输出端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地，所述第二动态泄能支路的输出端与所述高压直流输电系统输电线路的负极电连接；

所述第一动态泄能支路包括第一晶闸管组电路、第一泄能电阻和第一避雷器组，所述第一晶闸管组电路的第一端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一晶闸管组电路的第二端与所述第一泄能电阻的第一端电连接，所述第一泄能电阻的第二端与所述第一避雷器组的第一端电连接，所述第一避雷器组的第二端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地；

所述第二动态泄能支路包括第二晶闸管组电路与第二泄能电阻和第二避雷器组，所述第二晶闸管组电路的第一端与所述第一动态泄能支路的输出端电连接并接地，所述第二晶闸管组电路的第二端与所述第二泄能电阻的第一端电连接，所述第二泄能电阻的第二端与所述第二避雷器组的第一端电连接，所述第二避雷器组的第二端与所述高压直流输电系统直流输电线路的负极电连接。

在本实用新型实施例中，所述第一动态泄能支路与所述第二动态泄能支路具有相同的结构，采用“第一”、“第二”的描述方式只是为了对其作出区分，而不具有限定作用。

本实用新型通过在直流线路的正极接入若干个串联晶闸管组以及泄能电阻及避雷器组，同时为动态泄能支路构造一个接地点，能够有效地降低元器件两端的电压，保证元器件的正常运行，且降低设备成本。

在本实用新型实施例中，所述第一晶闸管组电路包括若干个串联连接的第一晶闸管组，其中，所述第一晶闸管组包括M个晶闸管，M≥1。

在本实用新型实施例中，所述第二晶闸管组电路包括若干个串联连接的第二晶闸管组，其中，所述第二晶闸管组包括N个晶闸管，N≥1。

在本实用新型实施例中，所述第一泄能电阻和所述第二泄能电阻的阻值通过以下计算公式计算得到：

其中，Ud为此时直流侧电压实际值，Udrate为直流侧电压额定值，m为投入泄能电阻时的阈值，P1为所述高压直流输电系统的送端站输送功率，P2为所述高压直流输电系统的受端站接收功率为，P3为流入所述避雷型直流泄能支路的功率，正常运行情况下满足P1＝P2，P3＝0。

此外，在本实用新型实施例中，上述第一泄能电阻与第二泄能电阻阻值的计算公式得到的泄能电阻值为所述直流泄能支路中最大泄能电阻的阻值要求，而由于避雷器也可以作为泄能电阻的一部分，可以根据避雷器的阻抗特性，适当减小泄能电阻阻值的要求，具体根据实际情况调整，不做限定。

在本实用新型实施例中，所述第一避雷器组中的避雷器数量为m个，且m个避雷器间同向并联，并共同并联在所述高压直流输电系统直流输电线路的正负极之间，其中，m≥1；

在本实用新型实施例中，所述第二避雷器组中的避雷器数量为n个，且n个避雷器间同向并联，并共同并联在所述高压直流输电系统直流输电线路的正负极之间，其中，n≥1。

在本实用新型实施例中，因避雷器的特殊的阻抗特性，既可以作为泄能电阻，也可以对故障后的电压进行钳位，从而降低泄能电阻的投资，降低泄能回路各设备的端间电压，节约成本。

综上，包括第一动态泄能支路和第二动态泄能支路；所述第一动态泄能支路的输入端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一动态泄能支路的输出端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地，所述第二动态泄能支路的输出端与所述高压直流输电系统输电线路的负极电连接；所述第一动态泄能支路包括第一晶闸管组电路、第一泄能电阻和第一避雷器组，所述第一晶闸管组电路的第一端与所述高压直流输电系统直流输电线路的正极电连接，所述第一晶闸管组电路的第二端与所述第一泄能电阻的第一端电连接，所述第一泄能电阻的第二端与所述第一避雷器组的第一端电连接，所述第一避雷器组的第二端与所述第二动态泄能支路的输入端电连接并接地；所述第二动态泄能支路包括第二晶闸管组电路与第二泄能电阻和第二避雷器组，所述第二晶闸管组电路的第一端与所述第一动态泄能支路的输出端电连接并接地，所述第二晶闸管组电路的第二端与所述第二泄能电阻的第一端电连接，所述第二泄能电阻的第二端与所述第二避雷器组的第一端电连接，所述第二避雷器组的第二端与所述高压直流输电系统直流输电线路的负极电连接。通过在直流线路的正极接入若干个串联晶闸管组以及泄能电阻，同时为动态泄能支路构造一个接地点，能够有效地降低元器件两端的电压，保证元器件的正常运行。

以上所述仅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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。