一种换流站及多端高压直流输电系统的制作方法

本实用新型涉及高压直流输电领域，特别是涉及一种换流站及多端高压直流输电系统。

背景技术：

目前，换流站通常应用于多端高压直流输电系统，请参照图1，图1为现有技术中的一种多端高压直流输电系统的结构示意图。现有技术中，在设计多端高压直流输电系统时，各换流站的属性需根据地区输电需求固定下来，即多端高压直流输电系统中的单个换流站只有整流功能或逆变功能。但是，当多端高压直流输电系统所在地区的输电需求发生变化(具体是地区间的输电方向发生变化)时，现有的多端高压直流输电系统在原有结构的基础上无法满足此输电需求。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种换流站及多端高压直流输电系统，既具有整流功能，又具有逆变功能，而且可以根据应用需求在整流运行模式和逆变运行模式之间切换，从而使换流站既可应用于整流场景，又可应用于逆变场景，进而适用于多端高压直流输电系统所在地区的不同输电需求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种换流站，应用于多端高压直流输电系统，包括：

换流设备；

分别与所述换流设备和直流输电线路连接的模式切换电路；

与所述模式切换电路连接的控制模块，用于在接收到整流运行指令时，通过所述模式切换电路控制所述换流设备以整流运行模式接入所述直流输电线路；在接收到逆变运行指令时，通过所述模式切换电路控制所述换流设备以逆变运行模式接入所述直流输电线路。

优选地，所述换流设备具体为：

整流设备；

相应的，所述控制模块具体用于在接收到整流运行指令时，控制所述模式切换电路将所述整流设备的正极接线端子接入所述直流输电线路的正极输电线，且将所述整流设备的负极接线端接入所述直流输电线路的负极输电线；在接收到逆变运行指令时，控制所述模式切换电路将所述整流设备的正极接线端子接入所述直流输电线路的负极输电线，且将所述整流设备的负极接线端接入所述直流输电线路的正极输电线。

优选地，所述模式切换电路包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关；其中：

所述第一可控开关的第一端分别与所述第二可控开关的第一端和所述整流设备的正极接线端子连接，所述第一可控开关的第二端分别与所述第三可控开关的第一端和所述直流输电线路的负极输电线连接，所述第二可控开关的第二端分别与所述第四可控开关的第一端和所述直流输电线路的正极输电线连接，所述第三可控开关的第二端分别与所述第四可控开关的第二端和所述整流设备的负极接线端子连接；

相应的，所述控制模块具体用于在接收到整流运行指令时，控制所述第二可控开关和所述第三可控开关均导通，且控制所述第一可控开关和所述第四可控开关均断开，以切换至整流运行模式；在接收到逆变运行指令时，控制所述第二可控开关和所述第三可控开关均断开，且控制所述第一可控开关和所述第四可控开关均导通，以切换至逆变运行模式。

优选地，所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关均具体为隔离刀闸。

优选地，所述换流设备具体为：

逆变设备；

相应的，所述控制模块具体用于在接收到逆变运行指令时，控制所述模式切换电路将所述逆变设备的正极接线端子接入所述直流输电线路的正极输电线，且将所述逆变设备的负极接线端接入所述直流输电线路的负极输电线；在接收到整流运行指令时，控制所述模式切换电路将所述逆变设备的正极接线端子接入所述直流输电线路的负极输电线，且将所述逆变设备的负极接线端接入所述直流输电线路的正极输电线。

优选地，所述模式切换电路包括第五可控开关、第六可控开关、第七可控开关及第八可控开关；其中：

所述第五可控开关的第一端分别与所述第六可控开关的第一端和所述逆变设备的正极接线端子连接，所述第五可控开关的第二端分别与所述第七可控开关的第一端和所述直流输电线路的负极输电线连接，所述第六可控开关的第二端分别与所述第八可控开关的第一端和所述直流输电线路的正极输电线连接，所述第七可控开关的第二端分别与所述第八可控开关的第二端和所述逆变设备的负极接线端子连接；

相应的，所述控制模块具体用于在接收到逆变运行指令时，控制所述第六可控开关和所述第七可控开关均导通，且控制所述第五可控开关和所述第八可控开关均断开，以切换至逆变运行模式；在接收到整流运行指令时控制所述第六可控开关和所述第七可控开关均断开，且控制所述第五可控开关和所述第八可控开关均导通，以切换至整流运行模式。

优选地，所述第五可控开关、第六可控开关、第七可控开关及第八可控开关均具体为隔离刀闸。

优选地，所述换流站还包括：

分别与所述换流设备、所述模式切换电路及所述控制模块连接的保护模块；

所述保护模块用于从所述控制模块中获取所述换流设备的工作状态；当所述换流设备处于低危险等级对应的工作状态时，控制所述控制模块停止输出；当所述换流设备处于高危险等级对应的工作状态时，控制所述换流设备和所述模式切换电路内的所有开关均断开，且控制所述控制模块停止输出。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多端高压直流输电系统，包括上述任一种的换流站。

本实用新型提供了一种换流站，应用于多端高压直流输电系统，包括：换流设备；分别与换流设备和直流输电线路连接的模式切换电路；与模式切换电路连接的控制模块，用于在接收到整流运行指令时，通过模式切换电路控制换流设备以整流运行模式接入直流输电线路；在接收到逆变运行指令时，通过模式切换电路控制换流设备以逆变运行模式接入直流输电线路。

可见，本申请的换流站既具有整流功能，又具有逆变功能，而且可以根据应用需求在整流运行模式和逆变运行模式之间切换，从而使换流站既可应用于整流场景，又可应用于逆变场景，进而适用于多端高压直流输电系统所在地区的不同输电需求。

本实用新型还提供了一种多端高压直流输电系统，与上述换流站具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种多端高压直流输电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种换流站的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第一种换流站的具体结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第二种换流站的具体结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种换流站的控制保护示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种换流站及多端高压直流输电系统，既具有整流功能，又具有逆变功能，而且可以根据应用需求在整流运行模式和逆变运行模式之间切换，从而使换流站既可应用于整流场景，又可应用于逆变场景，进而适用于多端高压直流输电系统所在地区的不同输电需求。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

请参照图2，图2为本实用新型实施例提供的一种换流站的结构示意图。

该换流站应用于多端高压直流输电系统，包括：

换流设备1；

分别与换流设备1和直流输电线路连接的模式切换电路2；

与模式切换电路2连接的控制模块3，用于在接收到整流运行指令时，通过模式切换电路2控制换流设备1以整流运行模式接入直流输电线路；在接收到逆变运行指令时，通过模式切换电路2控制换流设备1以逆变运行模式接入直流输电线路。

具体地，本申请的换流站包括换流设备1、模式切换电路2及控制模块3，其工作原理为：

目前，多端高压直流输电系统中单个换流站通常只具有整流功能(称为整流站)或逆变功能(称为逆变站)，电力只能从整流站所在的区域传输至逆变站所在的区域。具体地，当整流站和逆变站均投入运行时，整流站将自身所在区域的三相交流电网的交流电转换成直流电，并将转换的直流电通过直流输电线路输送至逆变站。逆变站将直流输电线路输入的直流电转换为交流电，并将转换的交流电输入至自身所在区域的交流电网，从而实现整流站所在的区域与逆变站所在的区域之间的单向电力传输。

而本申请在设计换流站时，使换流站既具有整流功能，又具有逆变功能，并通过模式切换电路2实现换流站在整流运行模式和逆变运行模式之间进行切换。具体地，本申请的换流站包括在整流运行模式下具有整流功能、在逆变运行模式下具有逆变功能的换流设备1，用于切换换流设备1的整流功能和逆变功能的模式切换电路2及用于控制模式切换电路2实现切换功能的控制模块3。

更具体地，控制模块3在接收到整流运行指令时，通过模式切换电路2控制换流设备1以整流运行模式接入直流输电线路，此时的换流站作为整流站使用，即在投入运行后，将自身所在区域的三相交流电网的交流电转换成直流电，并将转换的直流电通过直流输电线路输送至其它区域的逆变站，从而实现换流站所在的区域与其它区域之间的电力传输。

同理，控制模块3在接收到逆变运行指令时，通过模式切换电路2控制换流设备1以逆变运行模式接入直流输电线路，此时的换流站作为逆变站使用，即在投入运行后，将其它区域的整流站通过直流输电线路输送过来的直流电转换为交流电，并将转换的交流电输入至自身所在区域的交流电网，从而实现其它区域与换流站所在的区域之间的电力传输。

本实用新型提供了一种换流站，应用于多端高压直流输电系统，包括：换流设备；分别与换流设备和直流输电线路连接的模式切换电路；与模式切换电路连接的控制模块，用于在接收到整流运行指令时，通过模式切换电路控制换流设备以整流运行模式接入直流输电线路；在接收到逆变运行指令时，通过模式切换电路控制换流设备以逆变运行模式接入直流输电线路。

可见，本申请的换流站既具有整流功能，又具有逆变功能，而且可以根据应用需求在整流运行模式和逆变运行模式之间切换，从而使换流站既可应用于整流场景，又可应用于逆变场景，进而适用于多端高压直流输电系统所在地区的不同输电需求。

在上述实施例的基础上：

请参照图3，图3为本实用新型实施例提供的第一种换流站的具体结构示意图。

作为一种可选地实施例，换流设备1具体为：

整流设备11；

相应的，控制模块3具体用于在接收到整流运行指令时，控制模式切换电路2将整流设备11的正极接线端子接入直流输电线路的正极输电线，且将整流设备11的负极接线端接入直流输电线路的负极输电线；在接收到逆变运行指令时，控制模式切换电路2将整流设备11的正极接线端子接入直流输电线路的负极输电线，且将整流设备11的负极接线端接入直流输电线路的正极输电线。

具体地，在双极对称的多端高压直流输电系统中(通常情况下，极1为正极性，极2为负极性)，可将整流站转换成逆变站使用。若想将整流站转换成逆变站使用，需基于整流站的换流阀的单向导向性将原极1、极2的极性对调，才能构成供逆变站工作的电气回路。所以本申请的换流站的实现方式可为：在整流站(整流站中用于实现整流功能的所有主回路元件为整流设备11)的基础上，增设用于调换整流设备11的正负极性以切换整流设备11的运行模式的模式切换电路2，从而使换流设备1既具有整流功能，又具有逆变功能；而且，本申请最大限度地保留已有的换流站设备，节省了成本。

更具体地，控制模块3在接收到整流运行指令时，控制模式切换电路2将整流设备11以整流运行模式接入直流输电线路，即整流设备11的正极接线端子接入直流输电线路的正极输电线，整流设备11的负极接线端接入直流输电线路的负极输电线，从而使整流设备11处于整流运行模式。反之，控制模块3在接收到逆变运行指令时，控制模式切换电路2将整流设备11以逆变运行模式接入直流输电线路，即整流设备11的正极接线端子接入直流输电线路的负极输电线，整流设备11的负极接线端接入直流输电线路的正极输电线，从而使整流设备11处于逆变运行模式。

作为一种可选地实施例，模式切换电路2包括第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3及第四可控开关q4；其中：

第一可控开关q1的第一端分别与第二可控开关q2的第一端和整流设备11的正极接线端子连接，第一可控开关q1的第二端分别与第三可控开关q3的第一端和直流输电线路的负极输电线连接，第二可控开关q2的第二端分别与第四可控开关q4的第一端和直流输电线路的正极输电线连接，第三可控开关q3的第二端分别与第四可控开关q4的第二端和整流设备11的负极接线端子连接；

相应的，控制模块3具体用于在接收到整流运行指令时，控制第二可控开关q2和第三可控开关q3均导通，且控制第一可控开关q1和第四可控开关q4均断开，以切换至整流运行模式；在接收到逆变运行指令时，控制第二可控开关q2和第三可控开关q3均断开，且控制第一可控开关q1和第四可控开关q4均导通，以切换至逆变运行模式。

具体地，本申请的模式切换电路2包括第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3及第四可控开关q4，其工作原理为：

控制模块3在接收到整流运行指令时，控制第二可控开关q2导通，以将整流设备11的正极接线端子接入直流输电线路的正极输电线；同时控制第三可控开关q3导通，以将整流设备11的负极接线端接入直流输电线路的负极输电线(此情况下第一可控开关q1和第四可控开关q4均处于断开状态)。控制模块3在接收到逆变运行指令时，控制第一可控开关q1导通，以将整流设备11的正极接线端子接入直流输电线路的负极输电线；同时控制第四可控开关q4导通，以将整流设备11的负极接线端接入直流输电线路的正极输电线(此情况下第二可控开关q2和第三可控开关q3均处于断开状态)。

作为一种可选地实施例，第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3及第四可控开关q4均具体为隔离刀闸。

进一步地，本申请的第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3及第四可控开关q4均可选用但不仅限于隔离刀闸，本申请在此不做特别的限定。

请参照图4，图4为本实用新型实施例提供的第二种换流站的具体结构示意图。

作为一种可选地实施例，换流设备1具体为：

逆变设备12；

相应的，控制模块3具体用于在接收到逆变运行指令时，控制模式切换电路2将逆变设备12的正极接线端子接入直流输电线路的正极输电线，且将逆变设备12的负极接线端接入直流输电线路的负极输电线；在接收到整流运行指令时，控制模式切换电路2将逆变设备12的正极接线端子接入直流输电线路的负极输电线，且将逆变设备12的负极接线端接入直流输电线路的正极输电线。

具体地，本申请的换流站除了上述实施例所提及的由整流站改进得到之外，同理还可以由逆变站改进得到，其工作原理为：

在双极对称的多端高压直流输电系统中，同样可将逆变站转换成整流站使用。若想将逆变站转换成整流站使用，需基于逆变站的换流阀的单向导向性将原极1、极2的极性对调，才能构成供整流站工作的电气回路。所以本申请的换流站的实现方式也可为：在逆变站(逆变站中用于实现逆变功能的所有主回路元件为逆变设备12)的基础上，增设用于调换逆变设备12的正负极性以切换逆变设备12的运行模式的模式切换电路2，从而使换流设备1既具有逆变功能，又具有整流功能。

更具体地，控制模块3在接收到逆变运行指令时，控制模式切换电路2将逆变设备12以逆变运行模式接入直流输电线路，即逆变设备12的正极接线端子接入直流输电线路的正极输电线，逆变设备12的负极接线端接入直流输电线路的负极输电线，从而使逆变设备12处于逆变运行模式。反之，控制模块3在接收到整流运行指令时，控制模式切换电路2将逆变设备12以整流运行模式接入直流输电线路，即逆变设备12的正极接线端子接入直流输电线路的负极输电线，逆变设备12的负极接线端接入直流输电线路的正极输电线，从而使逆变设备12处于整流运行模式。

作为一种可选地实施例，模式切换电路2包括第五可控开关q5、第六可控开关q6、第七可控开关q7及第八可控开关q8；其中：

第五可控开关q5的第一端分别与第六可控开关q6的第一端和逆变设备12的正极接线端子连接，第五可控开关q5的第二端分别与第七可控开关q7的第一端和直流输电线路的负极输电线连接，第六可控开关q6的第二端分别与第八可控开关q8的第一端和直流输电线路的正极输电线连接，第七可控开关q7的第二端分别与第八可控开关q8的第二端和逆变设备12的负极接线端子连接；

相应的，控制模块3具体用于在接收到逆变运行指令时，控制第六可控开关q6和第七可控开关q7均导通，且控制第五可控开关q5和第八可控开关q8均断开，以切换至逆变运行模式；在接收到整流运行指令时控制第六可控开关q6和第七可控开关q7均断开，且控制第五可控开关q5和第八可控开关q8均导通，以切换至整流运行模式。

具体地，本申请的模式切换电路2包括第五可控开关q5、第六可控开关q6、第七可控开关q7及第八可控开关q8，其工作原理为：

控制模块3在接收到逆变运行指令时，控制第六可控开关q6导通，以将逆变设备12的正极接线端子接入直流输电线路的正极输电线；同时控制第七可控开关q7导通，以将逆变设备12的负极接线端接入直流输电线路的负极输电线(此情况下第五可控开关q5和第八可控开关q8均处于断开状态)。控制模块3在接收到整流运行指令时，控制第五可控开关q5导通，以将逆变设备12的正极接线端子接入直流输电线路的负极输电线；同时控制第八可控开关q8导通，以将逆变设备12的负极接线端接入直流输电线路的正极输电线(此情况下第六可控开关q6和第七可控开关q7均处于断开状态)。

作为一种可选地实施例，第五可控开关q5、第六可控开关q6、第七可控开关q7及第八可控开关q8均具体为隔离刀闸。

进一步地，本申请的第五可控开关q5、第六可控开关q6、第七可控开关q7及第八可控开关q8均可选用但不仅限于隔离刀闸，本申请在此不做特别的限定。

请参照图5，图5为本实用新型实施例提供的一种换流站的控制保护示意图。

作为一种可选地实施例，换流站还包括：

分别与换流设备1、模式切换电路2及控制模块3连接的保护模块4；

保护模块4用于从控制模块3中获取换流设备1的工作状态；当换流设备1处于低危险等级对应的工作状态时，控制控制模块3停止输出；当换流设备1处于高危险等级对应的工作状态时，控制换流设备1和模式切换电路2内的所有开关均断开，且控制控制模块3停止输出。

具体地，本申请的换流站还包括用于保护换流站的保护模块4，其工作原理为：

当换流设备1处于整流运行模式时，控制模块3可检测换流设备1的工作状态，并将换流设备1的工作状态传输至保护模块4。保护模块4在换流设备1处于低危险等级对应的工作状态(比如，为换流设备1的输出电流设置第一电流阈值(第一电流阈值≥整流设备电流传输安全阈值)，当输出电流大于第一电流阈值时，认为换流设备1处于低危险等级对应的工作状态)时，控制控制模块3停止输出，从而切断换流设备1的控制，使换流设备1停止运行，起到保护换流设备1的作用。保护模块4在换流设备1处于高危险等级对应的工作状态(比如，为换流设备1的输出电流设置第二电流阈值(第二电流阈值＞第一电流阈值)，当输出电流大于第二电流阈值时，认为换流设备1处于高危险等级对应的工作状态)时，控制模式切换电路2和换流设备1内的所有开关均断开，从而第一时间停止换流设备1的运行；且控制控制模块3停止输出，从而切断换流设备1的控制，起到立刻保护换流设备1的作用。

当换流设备1处于逆变运行模式时，保护模块4在换流设备1处于低危险等级对应的工作状态(比如，为换流设备1的输入电流设置第三电流阈值(第三电流阈值≥逆变设备电流传输安全阈值)，当输入电流大于第三电流阈值时，认为换流设备1处于低危险等级对应的工作状态)时，控制控制模块3停止输出，从而切断换流设备1的控制，使换流设备1停止运行，起到保护换流设备1的作用。保护模块4在换流设备1处于高危险等级对应的工作状态(比如，为换流设备1的输入电流设置第四电流阈值(第四电流阈值＞第三电流阈值)，当输入电流大于第四电流阈值时，认为换流设备1处于高危险等级对应的工作状态)时，控制模式切换电路2和换流设备1内的所有开关均断开，从而第一时间停止换流设备1的运行；且控制控制模块3停止输出，从而切断换流设备1的控制，起到立刻保护换流设备1的作用。

本实用新型提供了一种多端高压直流输电系统，包括上述任一种的换流站。

本申请提供的多端高压直流输电系统的介绍请参考上述换流站的实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。