一种海上风电换流站过电压抑制方法及系统与流程

1.本技术涉及海上风电送出领域，更具体的说，是涉及一种海上风电换流站过电压抑制方法及系统。


背景技术：

2.随着用电需求的不断增加，发电量高的区域需要向用电需求量大的区域输电，其过程可能为跨海输电，海上风电送出技术需要不断开发，在海上风电送出的过程中需要保证海上风电直流送出工程的可靠性。
3.海上风电换流站在直流运行期间需要投/退变压器时，需操作气体绝缘全封闭组合电器gis(gas insulated switchgear)中的断路器和隔离开关，操作隔离开关的过程中可能会产生快速暂态过电压vfto(very fast transient overvoltages)，高频的vfto会导致换流阀的子模块分压不均，使换流阀的子模块可能产生过压，导致子模块旁路或元件损坏，危害海上风电工程换流阀及相关二次设备。因此需要对vfto采取抑制措施。
4.目前对vfto采取的抑制措施有快速动作隔离开关、慢速动作隔离开关、隔离开关加装分合闸电阻、采用铁氧体磁环等方式。然而，快速动作隔离开关会使控制回路更加复杂，导致设备整体的故障率增加，慢速动作隔离开关会增加重燃次数，降低隔离开关的开断能力，隔离开关加装分合闸电阻在设计时为保持gis内部电场均匀需增加gis管道的直径，使得开关结构更复杂，导致gis整体尺寸增大，铁氧体磁环易饱和，体积较大，也会导致gis整体尺寸增大。这些抑制vfto的方式难以对提高海上风电直流送出工程的可靠性提供有效的帮助。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本技术以便提供一种海上风电换流站过电压抑制方法及系统，以保证海上风电直流送出工程的可靠性。
6.为了实现上述目的，现提出具体方案如下：
7.一种海上风电换流站过电压抑制方法，包括：
8.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御快速暂态过电压vfto进入所述换流阀，所述海上风电换流站包括交流母线、第一联接变压器、第二联接变压器、第一气体绝缘全封闭组合电器gis、第二gis、所述换流阀和直流线路，所述第二gis通过所述交流母线接于所述风电场，在所述换流阀的交流侧线路处接有所述第一gis，在所述换流阀的直流侧线路处接有所述直流线路，所述第一gis包含若干第一断路器、若干第二断路器、若干第一隔离开关和若干第二隔离开关，所述第二gis包含若干第三断路器、若干第四断路器、若干第三隔离开关和若干第四隔离开关，各第一断路器、各第一隔离开关、所述第一联接变压器、各第三隔离开关与各第三断路器串联连接构成了第一串联电路，各第二断路器、各第二隔离开关、所述第二联接变压器、各第四隔离开关与各第四断路器串联连
接构成了第二串联电路，所述第一串联电路与所述第二串联电路为并联关系。
9.可选的，所述在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御快速暂态过电压vfto进入所述换流阀，包括：
10.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装nf级并联电容器，得到装有所述nf级并联电容器的海上风电换流站过电压抑制系统，以降低vfto的幅值。
11.可选的，所述在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御快速暂态过电压vfto进入所述换流阀，包括：
12.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装mh级电抗器，得到装有所述mh级电抗器的海上风电换流站过电压抑制系统，以限制高频vfto分量进入所述换流阀。
13.可选的，所述在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御快速暂态过电压vfto进入所述换流阀，包括：
14.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装nf级并联电容器和mh级电抗器，得到装有所述nf级并联电容器和所述mh级电抗器的海上风电换流站过电压抑制系统，以降低vfto的幅值并限制高频vfto分量进入所述换流阀。
15.可选的，所述在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御快速暂态过电压vfto进入所述换流阀，包括：
16.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装电容式电压互感器，得到装有所述电容式电压互感器的海上风电换流站过电压抑制系统，以调整进入所述换流阀的vfto。
17.一种海上风电换流站过电压抑制系统，包括交流母线、第一联接变压器、第二联接变压器、第一气体绝缘全封闭组合电器gis、第二gis、过电压抑制设备、换流阀和直流线路,所述第一gis通过所述交流母线接于所述风电场，所述第二gis通过所述过电压抑制设备接于所述换流阀的交流侧线路处，在所述换流阀的直流侧线路处接有所述直流线路，所述第一gis包含若干第一断路器、若干第二断路器、若干第一隔离开关和若干第二隔离开关，所述第二gis包含若干第三断路器、若干第四断路器、若干第三隔离开关和若干第四隔离开关，各第一断路器、各第一隔离开关、所述第一联接变压器、各第三隔离开关与各第三断路器串联连接构成了第一串联电路，各第二断路器、各第二隔离开关、所述第二联接变压器、各第四隔离开关与各第四断路器串联连接构成了第二串联电路，所述第一串联电路与所述第二串联电路为并联关系。
18.可选的，所述过电压抑制设备包括nf级并联电容器。
19.可选的，所述过电压抑制设备包括mh级电抗器。
20.可选的，所述过电压抑制设备包括nf级并联电容器和mh级电抗器。
21.可选的，所述过电压抑制设备包括电容式电压互感器。
22.借由上述技术方案，本技术通过在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流
侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御vfto进入所述换流阀。其中，所述海上风电换流站包括交流母线、第一联接变压器、第二联接变压器、第一气体绝缘全封闭组合电器gis、第二gis、所述换流阀和直流线路，所述第一gis通过所述交流母线接于所述风电场，在所述换流阀的交流侧线路处接有所述第二gis，在所述换流阀的直流侧线路处接有所述直流线路，所述第一gis包含若干第一断路器、若干第二断路器、若干第一隔离开关和若干第二隔离开关，所述第二gis包含若干第三断路器、若干第四断路器、若干第三隔离开关和若干第四隔离开关，各第一断路器、各第一隔离开关、所述第一联接变压器、各第三隔离开关与各第三断路器串联连接构成了第一串联电路，各第二断路器、各第二隔离开关、所述第二联接变压器、各第四隔离开关与各第四断路器串联连接构成了第二串联电路，所述第一串联电路与所述第二串联电路为并联关系。由此可见，通过加装过电压抑制设备的方式，限制了高分量高频率的vfto输入至海上风电换流站的换流阀，且无需改变原有海上风电换流站的隔离开关结构及gis的尺寸，即可实现抑制vfto，有效保护了换流阀中的子模块，保证了海上风电直流送出工程的可靠性。
附图说明
23.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
24.图1为本技术实施例提供的一种实现海上风电换流站过电压抑制的系统示意图；
25.图2为本技术实施例提供的一种海上风电换流站的示意图；
26.图3为本技术实施例提供的海上风电换流站的换流阀子模块电压最大值仿真结果图；
27.图4为本技术实施例提供的第二种实现海上风电换流站过电压抑制的系统示意图；
28.图5为本技术实施例提供的第二种海上风电换流站过电压抑制系统的换流阀子模块电压最大值仿真结果图；
29.图6为本技术实施例提供的第三种实现海上风电换流站过电压抑制的系统示意图；
30.图7为本技术实施例提供的第三种海上风电换流站过电压抑制系统的换流阀子模块电压最大值仿真结果图；
31.图8为本技术实施例提供的第四种实现海上风电换流站过电压抑制的系统示意图；
32.图9为本技术实施例提供的第五种实现海上风电换流站过电压抑制的系统示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
34.图1为本技术实施例提供的实现海上风电换流站过电压抑制的一种系统示意图，如图1所示，该系统架构可以包括：
35.交流母线、第一联接变压器、第二联接变压器、第一gis、第二gis、过电压抑制设备、换流阀和直流线路。
36.其中，所述第一gis通过所述交流母线接于所述风电场，所述第二gis通过所述过电压抑制设备接于所述换流阀的交流侧线路处，在所述换流阀的直流侧线路处接有所述直流线路，所述第一gis包含若干第一断路器(q1)、若干第二断路器(q2)、若干第一隔离开关(q11、q12)和若干第二隔离开关(q21、q22)，所述第二gis包含若干第三断路器(q3)、若干第四断路器(q4)、若干第三隔离开关(q31、q32)和若干第四隔离开关(q41、q42)，各第一断路器(q1)、各第一隔离开关(q11、q12)、所述第一联接变压器、各第三隔离开关(q31、q32)与各第三断路器(q3)串联连接构成了第一串联电路，各第二断路器(q2)、各第二隔离开关(q21、q22)、所述第二联接变压器、各第四隔离开关(q41、q42)与各第四断路器(q4)串联连接构成了第二串联电路，所述第一串联电路与所述第二串联电路为并联关系。
37.基于图1所示的系统，本技术实施例提供的实现海上风电换流站过电压抑制的方法，该方法可以包括：
38.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御vfto进入所述换流阀。
39.具体的，所述海上风电换流站包括交流母线、第一联接变压器、第二联接变压器、第一气体绝缘全封闭组合电器gis、第二gis、所述换流阀和直流线路，所述第二gis通过所述交流母线接于所述风电场，在所述换流阀的交流侧线路处接有所述第一gis，在所述换流阀的直流侧线路处接有所述直流线路，所述第一gis包含若干第一断路器、若干第二断路器、若干第一隔离开关和若干第二隔离开关，所述第二gis包含若干第三断路器、若干第四断路器、若干第三隔离开关和若干第四隔离开关，各第一断路器、各第一隔离开关、所述第一联接变压器、各第三隔离开关与各第三断路器串联连接构成了第一串联电路，各第二断路器、各第二隔离开关、所述第二联接变压器、各第四隔离开关与各第四断路器串联连接构成了第二串联电路，所述第一串联电路与所述第二串联电路为并联关系。
40.其中，所述海上风电换流站的系统示意图如图2所示。
41.可以理解的是，所述海上风电换流站相较于图1所示的系统缺少了过电压抑制设备，在投/退变压器时，需操作第一gis和第二gis中的各断路器和各隔离开关，所产生的高频vtfo将导致换流阀的子模块分压不均，使换流阀的子模块可能产生过压。因此在所述海上风电换流站的基础上加装电压抑制设备，能够减缓vfto对换流阀的影响，保护换流阀的子模块，大大降低了换流阀的子模块因分压不均而产生过压的可能性。
42.本实施例提供的海上风电换流站过电压抑制方法，通过在所述海上风电换流站的基础上加装电压抑制设备，得到海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御vfto进入所述换流阀，能够减缓vfto对换流阀的影响，保护换流阀的子模块，大大降低了换流阀的子模块因分压不均而产生过压的可能性，保证了海上风电直流送出工程的可靠性。
43.本技术的一些实施例中，对上述实施例提到的、在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御vfto进入所述换流阀的过程进行介绍，该过程可以包括：
44.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装nf级并联电容器，得到装有所述nf级并联电容器的海上风电换流站过电压抑制系统，以降低vfto的幅值。
45.具体的，在换流阀的交流侧线路加装nf级并联电容器，使得高频vfto在进入换流阀之前，能够由nf级并联电容器弱化其幅值，使得降低进入换流阀的vfto的幅值。
46.针对图2所示的海上风电换流站，利用pscad软件对其换流阀的子模块电压最大值进行仿真验证，得到仿真结果示例如图3，所述海上风电换流站在不加任何限制措施时的换流阀的子模块电压最大值为3.7kv。装有nf级并联电容器的海上风电换流站过电压抑制系统的系统示意图如图4所示，对装有nf级并联电容器的海上风电换流站过电压抑制系统的换流阀的子模块电压最大值进行仿真验证，得到仿真结果示例如图5，在加装有nf级并联电容器(取5nf)后，该海上风电换流站过电压抑制系统的换流阀的子模块电压最大值为2.3kv，结果表明加装nf级并联电容器后的输入换流阀的vfto幅值明显降低。
47.本实施例提供的海上风电换流站过电压抑制方法，通过在所述海上风电换流站的基础上加装nf级并联电容器，得到装有nf级并联电容器的海上风电换流站过电压抑制系统，降低了vfto的幅值，降低了换流阀的子模块最大电压值，保证了海上风电直流送出工程的可靠性。
48.本技术的一些实施例中，对上述实施例提到的、在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御vfto进入所述换流阀的过程进行介绍，该过程可以包括：
49.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装mh级电抗器，得到装有所述mh级电抗器的海上风电换流站过电压抑制系统，以限制高频vfto分量进入所述换流阀。
50.具体的，在换流阀的交流侧线路加装mh级电抗器，使得高频vfto在进入换流阀之前，能够由mh级电抗器弱化其幅值，使得降低传导至换流阀的vfto的幅值。
51.装有mh级电抗器的海上风电换流站过电压抑制系统的系统示意图如图6所示，对装有mh级电抗器的海上风电换流站过电压抑制系统的换流阀的子模块电压最大值进行仿真验证，得到仿真结果示例如图7，在加装有nf级并联电容器(取2mh)后，该海上风电换流站过电压抑制系统的换流阀的子模块电压最大值为3.3kv，结果表明加装mh级电抗器后的输入换流阀的vfto幅值有所降低。
52.本实施例提供的海上风电换流站过电压抑制方法，通过在所述海上风电换流站的基础上加装mh级电抗器，得到装有mh级电抗器的海上风电换流站过电压抑制系统，降低了vfto的幅值，降低了换流阀的子模块最大电压值，保证了海上风电直流送出工程的可靠性。
53.本技术的一些实施例中，对上述实施例提到的、在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御vfto进入所述换流阀的过程进行介绍，该过程可以包括：
54.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装nf级并联电容器和mh级电抗器，得到装有所述nf级并联电容器和所述mh级电抗器的海上风电换流站过电压
抑制系统，以降低vfto的幅值并限制高频vfto分量进入所述换流阀。
55.具体的，加装nf级并联电容器和mh级电抗器的海上风电换流站过电压抑制系统的系统示意图如图8所示。
56.可以理解的是，通过nf级并联电容器与mh级电抗器两重限制，能够对vfto实施更大的限制，对装有mh级电抗器和nf级并联电容器的海上风电换流站过电压抑制系统的换流阀的子模块电压最大值进行仿真验证，得到验证结果为2.2kv，结果表明结合nf级并联电容器与mh级电抗器能够对换流阀进行更大幅度的vfto限制，从而降低了换流阀的子模块最大电压值，保证了海上风电直流送出工程的可靠性。
57.本技术的一些实施例中，对上述实施例提到的、在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装过电压抑制设备，得到装有所述过电压抑制设备的海上风电换流站过电压抑制系统，以抵御vfto进入所述换流阀的过程进行介绍，该过程可以包括：
58.在接于风电场的海上风电换流站的换流阀的交流侧线路处，安装电容式电压互感器，得到装有所述电容式电压互感器的海上风电换流站过电压抑制系统，以调整进入所述换流阀的vfto。
59.具体的，加装有电容式电压互感器的海上风电换流站过电压抑制系统的系统示意图如图9所示。可以通过调整电容式电压互感器的电容值，以达到控制vfto进入换流阀的限制效果。
60.最后，还需要说明的是，在本文中，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。
61.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
62.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技术。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技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术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。