一種柔性直流電網的斷路器混合裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，其包括送端換流站、受端換流站、直流電抗器、機械式快速開關和全控型直流斷路器；位于送端換流站線路側，每個送端換流站的輸出端都經過第一直流電抗器連接一由第一、第二兩個機械式快速開關串聯構成的第一支路；兩第一支路之間并聯一由第三、第四兩個機械式快速開關、第一全控型直流斷路器串聯構成的第二支路；位于受端換流站線路側，每一受端換流站輸入端都連接第二直流電抗器一端，由第二全控型直流斷路器與第五機械式快速開關串聯構成的第三支路連接第二直流電抗器另一端；兩第三支路之間并聯一由第三、第四兩個全控型直流斷路器串聯構成的第四支路。本實用新型可以廣泛在高壓柔性直流輸電網中應用。
【專利說明】
一種柔性直流電網的斷路器混合裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種斷路器混合裝置，特別是關于一種柔性直流電網的斷路器混合裝置。
【背景技術】
[0002]目前，采用模塊化多電平換流器(MMC)的高壓柔性直流輸電是解決大規模新能源集中外送的重要途徑。以我國的張北地區為例，要將張北和康保地區的風電通過柔性直流輸電集中外送至北京和冀北的豐寧，需要建設四端柔性直流輸電網。采用柔性直流電網進行遠距離輸電時，考慮經濟性，換流站之間不宜采用直流電纜，而應采用直流架空線路。直流架空線路的應用增大了直流側發生故障的概率。
[0003]為了快速清除直流電網的故障，保證直流電網運行于孤島模式或交直流并列模式下的可靠性，需在直流電網中裝設直流斷路器。可應用的直流斷路器分為兩種，一種是機械式快速開關，另一種是全控型直流斷路器。機械式快速開關沒有電弧開斷能力，造價較低；全控型直流斷路器具有開斷電弧能力，造價昂貴。這兩種直流斷路器可以結合不同種類的換流站子模塊使用。
[0004]通常基于MMC的換流器有兩類子模塊結構，一類是全橋子模塊結構(如圖1a所示)，另一類是半橋子模塊結構(如圖1b所示)。全橋結構與半橋結構相比，全橋結構具有穿越直流故障能力，因此僅需配置機械式快速開關，但故障時需閉鎖換流站。半橋結構無直流故障穿越能力，因此需要配置全控型直流斷路器以切除故障，但切除故障時可不閉鎖換流器。
[0005]直流電網中若所有換流站采用全橋子模塊，發生直流故障時需要閉鎖全網的換流站清除故障，會造成整個直流電網短時停運;若所有換流站采用半橋子模塊，需相應配置全控型直流斷路器，直流故障時斷開斷路器即可，無需閉鎖換流站。但全控型直流斷路器造價高昂，當直流電網中換流站數目較大時，將極大增加全控型直流斷路器的需求數量，降低工程的經濟性。目前尚無將快速機械開關和全控型直流斷路器、全橋換流器和半橋換流器在直流系統中混合使用的案例。

【發明內容】

[0006]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，其能在保證直流電網輸電可靠性的同時，根據電網結構充分利用全橋和半橋子模塊的結構特點，配合使用快速機械開關和全控型直流斷路器，提高直流電網的經濟性。
[0007]為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，其特征在于:該裝置包括若干送端換流站和若干受端換流站，以含有兩個所述送端換流站、兩個所述受端換流站的四端柔性直流電網為例，還包括四個直流電抗器、若干機械式快速開關和若干全控型直流斷路器;位于所述送端換流站線路側，每個所述送端換流站的輸出端都經過第一所述直流電抗器連接一由第一、第二兩個所述機械式快速開關串聯構成的第一支路;兩所述第一支路之間并聯一由第三、第四兩個所述機械式快速開關、第一所述全控型直流斷路器串聯構成的第二支路;位于所述受端換流站線路側，每一所述受端換流站輸入端都連接第二所述直流電抗器一端，由第二所述全控型直流斷路器與第五所述機械式快速開關串聯構成的第三支路連接第二所述直流電抗器另一端;兩所述第三支路之間并聯一由第三、第四兩個所述全控型直流斷路器串聯構成的第四支路。
[0008]優選地，在所述第二支路中，第三所述機械式快速開關一端連接其中一所述第一支路中第一、第二兩所述機械式快速開關連接點處;第三所述機械式快速開關另一端經第一所述全控型直流斷路器連接第四所述機械式快速開關一端，第四所述機械式快速開關另一端連接另一所述第一支路中第一、第二兩所述機械式快速開關連接點處。
[0009]優選地，在所述第四支路中，第三所述全控型直流斷路器一端連接一所述第三支路中第二所述全控型直流斷路器與第五所述機械式快速開關連接點處;第三所述全控型直流斷路器另一端經線路連接第四所述全控型直流斷路器一端，第四所述全控型直流斷路器另一端連接另一所述第三支路中第二所述全控型直流斷路器與第五所述機械式快速開關連接點處。
[0010]優選地，兩個所述送端換流站均采用全橋子模塊換流器，兩個所述受端換流站均采用半橋子模塊換流器。
[0011]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本實用新型在雙極的柔性直流電網中，與現有技術所有斷路器均采用全控型直流斷路器的配置方式相比較，可以少配置六臺全控型直流斷路器，極大節省了工程投資。2、本實用新型在送端換流站間裝設全控型直流斷路器，可以在這兩個換流站中任意一個發生故障時，快速可靠地斷開兩個換流站之間的電氣聯系，保證非故障換流站繼續可靠地輸電。3、本實用新型根據電網結構充分利用全橋和半橋子模塊的結構特點，使送受端的機械式快速開關與全控型直流斷路器密切配合，在保證直流電網輸電可靠性的同時降低工程造價。綜上所述，本實用新型可以廣泛在高壓柔性直流輸電網中應用。
【附圖說明】
[0012]圖1a是現有技術中柔性直流換流站全橋子模塊結構示意圖；
[0013]圖1b是現有技術中柔性直流換流站半橋子模塊結構示意圖；
[0014]圖2是本實用新型的整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0016]如圖2所示，本實用新型提供一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，同時采用機械式快速開關和全控型直流斷路器，其包括若干送端換流站I和若干受端換流站2，以含有兩個送端換流站、兩個受端換流站的四端柔性直流電網為例對本實用新型進行詳細的介紹。本實用新型除了兩個送端換流站I和兩個受端換流站2，還包括四個直流電抗器3、若干機械式快速開關4和若干全控型直流斷路器5。
[0017]位于送端換流站I線路側，每個送端換流站I的輸出端都經過第一直流電抗器3連接一由第一、第二兩個機械式快速開關4串聯構成的第一支路;兩第一支路之間并聯一由第三、第四兩個機械式快速開關4、第一個全控型直流斷路器5串聯構成的第二支路。在該第二支路中，第三機械式快速開關4 一端連接其中一第一支路中第一、第二兩機械式快速開關連接點處;第三機械式快速開關4另一端經第一個全控型直流斷路器5連接第四機械式快速開關4 一端，第四機械式快速開關4另一端連接另一第一支路中第一、第二兩機械式快速開關4連接點處。
[0018]位于受端換流站2線路側，每一受端換流站2輸入端都連接第二直流電抗器3—端，由第二全控型直流斷路器5與第五機械式快速開關4串聯構成的第三支路連接第二直流電抗器3另一端。兩第三支路之間并聯一由第三、第四兩個全控型直流斷路器5串聯構成的第四支路。在該第四支路中，第三全控型直流斷路器5—端連接一第三支路中第二全控型直流斷路器5與第五機械式快速開關4連接點處;第三全控型直流斷路器5另一端經線路連接第四全控型直流斷路器5—端，第四全控型直流斷路器5另一端連接另一第三支路中第二全控型直流斷路器5與第五機械式快速開關4連接點處。
[0019]上述實施例中，兩個送端換流站I均采用全橋子模塊換流器，兩個受端換流站2均采用半橋子模塊換流器。
[0020]本實用新型還提供一種柔性直流電網的斷路器混合配置方法，其包括以下步驟:
[0021]I)設置若干送端換流站I和若干受端換流站2，每一受端換流站2均采用半橋子模塊換流器，每一送端換流站I均采用全橋子模塊換流器。
[0022]2)靠近送端換流站I的線路側經第一直流電抗器3依次連接第一、第二兩機械式快速開關4，靠近受端換流站2的線路側依次經第二直流電抗器3、第五機械式快速開關4連接第二全控型直流斷路器5;
[0023]3)位于送端換流站I 一側，相鄰兩送端換流站I之間并聯一由第三、第四兩個機械式快速開關4、第一個全控型直流斷路器5串聯構成的第二支路;在該第二支路中，第三機械式快速開關4 一端連接一送端換流站I側的第一、第二兩機械式快速開關4連接點處，第三機械式快速開關4另一端經第一個全控型直流斷路器5連接第四機械式快速開關4 一端，第四機械式快速開關4另一端連接另一送端換流站I側的第一、第二兩機械式快速開關4連接點處。
[0024]4)位于受端換流站2—側，相鄰兩受端換流站2之間并聯一由第三、第四兩個全控型直流斷路器5串聯構成的第四支路;在該第四支路中，第三全控型直流斷路器5—端連接一受端換流站側的第二全控型直流斷路器5與第五機械式快速開關4連接點處，第三全控型直流斷路器5另一端經線路連接第四全控型直流斷路器5—端，第四全控型直流斷路器另一端連接另一受端換流站側的第二全控型直流斷路器5與第五機械式快速開關4連接點處。
[0025]上述各步驟中，送端換流站I采用的全橋子模塊換流器具有清除故障能力，若其中一送端換流站和一受端換流站之間的直流線路發生故障，以下簡稱該送端換流站為故障送端換流站、受端換流站為故障受端換流站;則該故障送端換流站會發生閉鎖，清除故障的過程如下:
[0026](I)故障發生；
[0027](2)閉鎖故障送端換流站；
[0028](3)跳開故障線路送端換流站-相鄰正常送端換流站之間的全控型直流斷路器、故障送端換流站-故障受端換流站的全控型直流斷路器；
[0029](4)拉開故障送端換流站-故障受端換流站線路機械式快速開關，清除故障；
[0030](5)快速重合故障線路送端換流站-相鄰正常送端換流站線路全控型直流斷路器；
[0031](6)重啟動故障線路送端換流站。
[0032]若某一送端換流站內發生故障，則故障清除過程如下:
[0033](I)故障發生；
[0034](2)閉鎖故障線路送端換流站；
[0035](3)跳開故障線路送端換流站-相鄰正常送端換流站和故障送端換流站-故障受端換流站的全控型直流斷路器；
[0036](4)跳開故障線路送端換流站輸出端機械式快速開關；
[0037](5)重合故障線路送端換流站-相鄰正常送端換流站和故障送端換流站-故障受端換流站的全控型直流斷路器。
[0038]實施例:以張北地區柔性直流電網工程為例，如圖2所示。建設4個柔直換流站，豐寧和北京換流站采用半橋換流器，張北換流站和康保換流站采用全橋方案。張北-北京線路北京側、康保-豐寧線路豐寧側，北京-豐寧線路兩側，康保-張北線路之間安裝全控型直流斷路器。各換流站出口、康保-張北線路兩側，康保-豐寧、張北-北京線路首端配置機械式快速直流開關。
[0039]張北和康保換流站采用全橋換流器，具有清除故障能力。假設康保和豐寧間直流線路發生故障，康保站會發生閉鎖，則清除故障的過程如下:
[0040](I)故障發生；
[0041](2)閉鎖康保站換流站；
[0042](3)跳開康保-張北線路和康保-豐寧線路的全控型直流斷路器；
[0043](4)拉開康保-豐寧線路機械式快速開關，清除故障；
[0044](5)快速重合康保-張北線路全控型直流斷路器；
[0045](4)重啟動康保換流站換流站。
[0046]若康保換流站內發生故障，故障清除過程如下:
[0047](I)故障發生；
[0048](2)閉鎖康保站換流站；
[0049](3)跳開康保-張北線路和康保-豐寧線路全控型直流斷路器；
[0050](4)跳開康保換流站換流站出口機械式快速開關；
[0051](5)重合康保-張北線路和康保-豐寧線路全控型直流斷路器。
[0052]上述各實施例僅用于說明本實用新型，各部件的結構、尺寸、設置位置及形狀都是可以有所變化的，在本實用新型技術方案的基礎上，凡根據本實用新型原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【主權項】
1.一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，其特征在于:該裝置包括兩個送端換流站和兩個受端換流站，還包括四個直流電抗器、若干機械式快速開關和若干全控型直流斷路器； 位于所述送端換流站線路側，每個所述送端換流站的輸出端都經過第一所述直流電抗器連接一由第一、第二兩個所述機械式快速開關串聯構成的第一支路;兩所述第一支路之間并聯一由第三、第四兩個所述機械式快速開關、第一所述全控型直流斷路器串聯構成的第二支路； 位于所述受端換流站線路側，每一所述受端換流站輸入端都連接第二所述直流電抗器一端，由第二所述全控型直流斷路器與第五所述機械式快速開關串聯構成的第三支路連接第二所述直流電抗器另一端;兩所述第三支路之間并聯一由第三、第四兩個所述全控型直流斷路器串聯構成的第四支路。2.如權利要求1所述的一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，其特征在于:在所述第二支路中，第三所述機械式快速開關一端連接其中一所述第一支路中第一、第二兩所述機械式快速開關連接點處;第三所述機械式快速開關另一端經第一所述全控型直流斷路器連接第四所述機械式快速開關一端，第四所述機械式快速開關另一端連接另一所述第一支路中第一、第二兩所述機械式快速開關連接點處。3.如權利要求1所述的一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，其特征在于:在所述第四支路中，第三所述全控型直流斷路器一端連接一所述第三支路中第二所述全控型直流斷路器與第五所述機械式快速開關連接點處;第三所述全控型直流斷路器另一端經線路連接第四所述全控型直流斷路器一端，第四所述全控型直流斷路器另一端連接另一所述第三支路中第二所述全控型直流斷路器與第五所述機械式快速開關連接點處。4.如權利要求1至3任一所述的一種柔性直流電網的斷路器混合裝置，其特征在于:兩個所述送端換流站均采用全橋子模塊換流器，兩個所述受端換流站均采用半橋子模塊換流器。
【文檔編號】H02H7/26GK205666617SQ201620441109
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】肖晉宇, 李暉, 左鵬, 王菲, 楊林, 王嶠, 戚慶茹, 蔣維勇, 黃俊輝, 謝珍建, 蔡暉
【申請人】國家電網公司, 國網北京經濟技術研究院, 國網江蘇省電力公司經濟技術研究院