整流站、高压直流输电系统和消除故障的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压直流输电系统的整流站，同时涉及一种高压直流输电系统，以及一种消除高压直流输电系统故障的方法。
【背景技术】
[0002]随着世界经济的不断发展，对于环境和气候的破环也越来越严重。因此，世界各国都制定了减少二氧化碳排放量的目标。为了达到这一目标，风能、太阳能等清洁的新能源，越来越受到世界各国的重视，并将成为世界各国能源的重要组成部分。目前，新能源的开发使用已得到了蓬勃发展。
[0003]另一方面，新能源的传输问题成为当前新能源发展的最大瓶颈。如何可靠高效地输送新能源，对于现有的传统电力系统提出了巨大的挑战。基于可以远距离低损耗地输送大量电能以及更有效灵活地连接新能源入网的优点，高压直流输电(HVDC)技术具有非常好的发展前景，但在发展过程中也需要攻克很多技术难题。比如，在输电过程中，可能出现暂时的故障，例如直流故障或高压直流系统逆变站的交流故障。如何避免因暂时故障而导致直流停运，以保证电网的稳定，是高压直流输电系统安全可靠运行的重要目标。
[0004]如果高压直流输电系统的整流器连接在一个带有发电机的弱交流系统上，例如连接在大规模的风力发电系统上，更极端的情况是连接在一个孤岛系统上、即高压直流输电系统可能是该交流系统中唯一的负载。当弱交流系统、甚至是孤岛系统中发出的电能由高压直流输电系统传输时，如果由于暂时的干扰而导致高压直流系统不能传输，交流系统将会面临严重的问题。例如，当高压直流系统的逆变器所连接的交流系统发生故障或者直流线路发生故障，如果需要短暂停止高压直流系统的输电来解决故障问题，那与其整流器所连接的弱交流系统或孤岛系统通常会由于有功和无功功率的不平衡而出现过频和/或过压的现象，这将会引起交流系统保护的动作，因此造成该部分交流系统脱网并进而造成整个电力系统崩溃的严重问题。
[0005]由于大量的风能、太阳能等新能源往往在距离负载中心很远的地方，需要使用高压直流架空线系统来传输，例如大规模的陆上风电传输。在该种系统中，若发生直流故障，直流架空线需要一定的电离时间使其上电流为零，以便可以清除故障线路。在此期间直流线路上也不能承受高的直流电压。因此，高压直流系统需要短暂停止输电来清除此故障。但是，这将会造成与该高压直流系统的整流器所连接的弱交流系统或孤岛系统中严重的有功和无功功率不平衡，进而出现上述的交流系统脱网，甚至整个电力系统崩溃的严重问题。
[0006]因此，如何消除高压直流输电系统的暂时故障，避免与其整流器连接的弱交流系统产生严重的问题，以保障系统的稳定运行，成为本领域的亟需解决的研究课题。
[0007]为了解决高压直流输电系统在出现例如直流故障或高压直流系统逆变站交流故障等问题时的不间断运行，本发明具体针对VSC型和LCC型高压直流系统，开拓性地提出了利用制动斩波器的解决方案，从而有效地克服了新能源传输领域发展的上述瓶颈，具有重要的里程碑意义。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术的缺点，本发明的发明目的在于解决现有技术的问题，为高压直流输电系统的故障消除提供解决方案。
[0009]本发明技术方案提供了一种高压直流输电系统的整流站，所述整流站包括高压直流整流器、整流变压器、滤波器、隔离开关、斩波器开关和斩波器电阻，其中:所述高压直流整流器，用于将发电系统输出的交流电转换成直流电；所述隔离开关、所述斩波器开关和所述斩波器电阻均被设置在所述高压直流整流器的直流侧；所述隔离开关为常闭开关，与所述高压直流整流器串联；所述斩波器开关为常开开关，其与所述斩波器电阻串联后，再与所述高压直流整流器并联；所述斩波器电阻，用于在故障期间消耗有功功率。
[0010]进一步地，所述隔离开关具有断开直流电流的能力。
[0011]进一步地，所述隔离开关不具有断开直流电流的能力。
[0012]进一步地，所述隔离开关为半导体电力电子开关。
[0013]进一步地，所述隔离开关为机械式开关。
[0014]进一步地，所述机械式开关为超快机械式开关。
[0015]进一步地，所述隔离开关为混合开关，所述混合开关包括机械式开关和半导体电力电子开关。
[0016]进一步地，所述斩波器开关具有断开直流电流的能力。
[0017]进一步地，所述斩波器开关不具有断开直流电流的能力。
[0018]进一步地，所述斩波器开关为机械式开关或半导体电力电子开关。
[0019]进一步地，所述高压直流整流器为基于半导体的高压直流整流器。
[0020]进一步地，所述整流器为二极管整流器、晶闸管整流器、IGBT整流器或IGCT整流器。
[0021]进一步地，所述发电系统为弱交流系统或孤岛系统。
[0022]进一步地，所述发电系统的能源来自于波动性能源。
[0023]进一步地，所述波动性能源为风能或太阳能。
[0024]进一步地，所述高压直流输电系统为VSC型高压直流输电系统或LCC型高压直流输电系统。
[0025]本发明技术方案还提供了一种高压直流输电系统，包括前述的整流站、高压直流输电线路和逆变站。
[0026]进一步地，所述高压直流输电线路为直流电缆或架空线。
[0027]本发明技术方案还提供了一种消除前述的高压直流输电系统故障的方法，包括以下步骤:切换开关步骤:当检测到故障时，打开所述隔离开关，关闭所述斩波器开关；消耗功率步骤:通过所述斩波器电阻消耗有功功率；恢复开关步骤:检测到故障消失后，关闭所述隔离开关，打开所述斩波器开关，使所述高压直流输电系统恢复正常输电。
[0028]进一步地，所述消耗功率步骤进一步包括，判断直流线路是否完成电离，如果未完成，则继续通过所述斩波器电阻消耗有功功率。
[0029]进一步地，在所述切换开关步骤之前，快速停止所述高压直流整流器，直至直流线路电流为零；在所述切换开关步骤之后，重启所述高压直流整流器。
[0030]进一步地，在所述恢复开关步骤之前，快速停止所述高压直流整流器，直至所述斩波器电阻的电流为零；在所述恢复开关步骤之后，重启所述高压直流整流器。
[0031]由此，本发明提出了一种安装于整流站的制动斩波器的设计方案。使用本发明的方法，有功功率能够在故障期间被消耗，这样可以最小化对弱交流系统或者孤岛交流系统的干扰。本发明具有以下几个优点:
[0032]—、成本较低:本发明的技术方案仅仅增加了一个额外的开关和一个额外的电阻，这意味着仅增加了非常低的成本，就能实现关键的系统功能；另一方面，可以使用非常低的成本来实现本发明，因为可以使用机械开关，而不是相对昂贵的半导体阀来作为本发明的开关;
[0033]二、设计巧妙:对于基于晶闸管的传统高压直流系统，不仅是有功功率，而且无功功率都能在同一时间内被消耗；这将有利于整个电力系统的稳定运行；
[0034]三、应用范围广:本发明的设计方