直流汇集升压系统及其控制方法与流程

本技术属于电力系统直流输电，具体涉及一种直流汇集升压系统及其控制方法。

背景技术：

1、近年来，以光伏和风电为代表的新能源得到了广泛应用，光伏和风电等间歇性能源，大规模并入传统交流电网，面临接入潮流均衡协调控制复杂、电能供应稳定性欠佳、电能变换的效率相对较低等挑战。若采用新能源直流汇集和直流送出模式，将利于降低交直流电能转换(dc/ac或ac/dc)过程的能量损耗，规避交流系统的频率稳定和复杂谐波问题，实现新能源的稳定高效远距离输送，有利于促进大规模基地式光伏和远海风电集群送出的规模化发展。

2、目前，已有的新能源经直流汇集应用方案，集中在中低压直流配网领域，未涉及直流汇集升压的中低高压多电压等级电网全面覆盖，无法实现新能源直流汇集升压系统产业的大规模推广和应用。

技术实现思路

1、发明目的：本技术的目的在于提供一种直流汇集升压系统，克服现有的新能源经直流汇集应用方案仅涉及中低压直流配网领域的技术问题；本技术的另一目的在于提供一种直流汇集升压系统的控制方法。

2、技术方案：本技术所述的一种直流汇集升压系统，包括：

3、高压直流电网；

4、中压直流电网，所述中压直流电网通过第一直流变压器连接所述高压直流电网；

5、低压功率送出部分，所述低压功率送出部分通过第二直流变压器连接所述中压直流电网；

6、其中，所述第一直流变压器的高压侧端口和中压侧端口、所述第二直流变压器的中压侧端口和低压侧端口均设置分断单元。

7、其中，所述高压侧端口为连接所述高压直流电网的端口，所述中压侧端口为连接所述中压直流电网的端口，低压侧端口为连接所述低压功率送出部分的端口。

8、在一些实施例中，所述低压功率送出部分包括光伏发电系统和风力发电系统。

9、在一些实施例中，所述分断单元包括：

10、第一分断单元，所述第一分断单元设置于所述第一直流变压器与所述高压直流电网之间，所述第一分断单元包括开关组合，所述开关组合串联于所述高压侧端口。

11、在一些实施例中，所述第一分断单元包括谐振型直流开关和第一隔离开关；

12、所述高压侧端口的一极连接所述谐振型直流开关，另一极连接所述第一隔离开关。

13、在一些实施例中，所述第一分断单元包括谐振型直流开关，所述谐振型直流开关连接于所述高压侧端口的至少一极；或者

14、所述第一分断单元包括第一隔离开关，所述第一隔离开关连接于所述高压侧端口的至少一极；或者

15、所述第一分断单元包括第一直流断路器，所述第一直流断路器连接于所述高压侧端口的两极。

16、在一些实施例中，所述分断单元包括：

17、第二分断单元，所述第二分断单元设置于所述第一直流变压器与所述中压直流电网之间；

18、所述第二分断单元包括第二直流断路器，所述第二直流断路器连接于所述第一直流变压器的所述中压侧端口的至少一极；或者所述第二分断单元包括第二直流负荷开关，所述第二直流负荷开关连接于所述第一直流变压器的所述中压侧端口的至少一极。

19、在一些实施例中，所述分断单元包括：

20、第三分断单元，所述第三分断单元设置于所述第二直流变压器与所述中压直流电网之间，所述第三分断单元包括第一直流负荷开关，所述第一直流负荷开关连接于所述第二直流变压器的中压侧端口的至少一极。

21、在一些实施例中，所述分断单元包括：

22、第四分断单元，所述第四分断单元设置于所述第二直流变压器与所述低压功率送出部分之间；

23、所述第四分断单元包括第三直流断路器，所述第三直流断路器连接于所述第二直流变压器的低压侧端口的两极；或者所述第四分断单元包括第三直流负荷开关，所述第三直流负荷开关连接于所述第二直流变压器的低压侧端口的两极。

24、在一些实施例中，还包括负荷端，所述负荷端通过所述第二直流变压器连接所述中压直流电网。

25、在一些实施例中，所述第二直流变压器与所述负荷端之间设置所述第四分断单元。

26、在一些实施例中，所述高压直流电网采用伪双极或者真双极接线，所述中压直流电网采用伪双极或者真双极接线；和/或

27、所述第一直流变压器采用隔离型或者非隔离型变换拓扑，所述第二直流变压器采用隔离型或者非隔离型变换拓扑；和/或

28、第一直流变压器具备双向功率或者单向功率传输能力，所述第二直流变压器具备双向功率或者单向功率传输能力。

29、在一些实施例中，当所述低压功率送出部分为单向功率送出，所述第二直流变压器配置最大功率跟踪控制功能和限功率控制功能，所述中压直流电网的分支馈线上配置二极管，所述二极管的稳态通流方向与所述低压功率送出部分的功率送出方向一致。

30、在一些实施例中，还包括：

31、电抗器，所述电抗器连接于各所述分断单元的串联回路。

32、相应的，本技术实施例提供的一种上述的直流汇集升压系统的控制方法，包括启动控制和短路故障恢复。

33、在一些实施例中，所述启动控制包括：控制所述直流汇集升压系统从高压侧向低压侧启动以及控制述直流汇集升压系统从低压侧向高压侧启动。

34、其中，所述高压侧是所述直流汇集升压系统的高压直流电网侧，低压侧是所述直流汇集升压系统的低压功率送出部分侧。

35、在一些实施例中，控制所述直流汇集升压系统从高压侧向低压侧启动的步骤包括：

36、闭合所述高压直流电网和所述第一直流变压器之间的所述分断单元；

37、所述第一直流变压器充电解锁控制中压侧端口的电压；

38、将其他所述分断单元闭合；

39、所述第二直流变压器充电解锁，所述低压功率送出部分送出功率。

40、在一些实施例中，控制所述直流汇集升压系统从低压侧向高压侧启动的步骤包括：

41、将所述各所述分断单元闭合；

42、所述低压功率送出部分向所述第二直流变压器和所述第一直流变压器充电，解锁所述第二直流变压器和所述第一直流变压器，所述低压功率送出部分送出功率。

43、在一些实施例中，所述短路故障恢复包括：对所述高压直流电网的短路故障进行恢复以及对所述中压直流电网的短路故障进行恢复。

44、在一些实施例中，对所述高压直流电网的短路故障进行恢复的步骤包括：

45、将所述第一直流变压器闭锁，待短路故障电流衰减至第一分断单元的谐振型直流开关分断能力范围内时，所述谐振型直流开关分断清除故障电流；

46、短路故障点隔离后，将所述谐振型直流开关重合，所述第一直流变压器重新解锁，完成故障恢复。

47、在一些实施例中，对所述中压直流电网的短路故障进行恢复包括：

48、当所述中压直流电网发生母线短路故障时，将所述第一直流变压器和所述第二直流变压器闭锁，第二分断单元的第二直流断路器和第三分断单元的第一直流负荷开关均跳开。

49、在一些实施例中，对所述中压直流电网的短路故障进行恢复包括：

50、当所述中压直流电网发生馈线支路短路故障时，将所述第一直流变压器和所述第二直流变压器闭锁，第二分断单元的第二直流断路器跳开，待短路故障电流衰减至第三分断单元的第一直流负荷开关分断能力范围内后，断开故障馈线支路的第三分断单元，完成故障点隔离，所述第二直流断路器重合，将所述第一直流变压器和所述第二直流变压器重解锁完成故障恢复。

51、有益效果：与现有技术相比，本技术的直流汇集升压系统包括高压直流电网；中压直流电网，中压直流电网通过第一直流变压器连接高压直流电网；低压功率送出部分，低压功率送出部分通过第二直流变压器连接中压直流电网；其中，第一直流变压器的高压侧端口和中压侧端口、第二直流变压器的中压侧端口和低压侧端口均设置分断单元。该系统通过设置高压直流电网，并在高压直流电网和中压直流电网之间设置第一直流变压器以及相对应的分断单元，实现了直流汇集升压的低压、中压以及高压多电压等级电网的全面覆盖，有利于新能源直流汇集升压系统产业的大规模推广和应用。

52、与现有技术相比，本技术的直流汇集升压系统的控制方法包括启动控制和短路故障恢复，可以实现系统的平滑启动以及故障恢复。

53、进一步的，在本技术的一些实施例中，通过配置不同分断能力的分断单元，与第一直流变压器和第二直流变压器配合，即可实现对直流汇集升压系统的启动控制、故障保护以及故障恢复，而无需大量配置具有短路故障全电流分断能力且价格昂贵的直流断路器，可以大幅降低系统设备投资，提升系统的经济性，进一步强化直流汇集升压系统产业的规模推广和应用前景。