一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統的制作方法

本發明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統。

背景技術：

光伏和風電等技術的發展促進了資源條件即使不是最好地區的集約式大規模開發，從而使得超遠距離、大功率電能的輸送及其實施具有廣泛的意義和實用價值。

半波長交流輸電(halfwavelengthactransmission，hwact)是指輸電的電氣距離接近1個工頻半波長，即3000km(50hz)或2600km(60hz)的超遠距離的三相交流輸電。無損情況下的半波長交流線路就像一臺變比為-1.0的理想變壓器，首端電壓和末端電壓大小相同、相位相反。隨著超遠距離、大功率傳輸需求的不斷增加，半波長交流輸電技術尤其是特高壓半波長交流輸電再次受到眾多關注和研究。半波長交流輸電技術的優點之一是半波長交流輸電線路的功率因數相對較高，且在輸電距離等于或稍大于半波長的情況下，其結構比現有的超遠距離交、直流輸電系統都更為簡單；再者，對于發展中國家而言，交流輸電設備的制造比換流裝置的引進、運行和維護更為簡單、經濟。

中國的西部能源基地(如新疆煤電)與東部負荷中心(如珠三角)之間距離有些可達3000km，且輸電容量巨大。未來還可能開發與中國毗鄰的俄羅斯、蒙古等國的電力能源，并向中國、朝鮮等國輸送，輸電距離也在3000km以上。這種特殊需要的超遠距離送電，使得特高壓半波長交流輸電技術有望成為中國未來可能的輸電方式之一。目前，巴西、加拿大等幅員遼闊的國家也在推進半波長交流輸電技術的研究，以應對日漸迫切的超遠距離、大容量輸電需求。因此，半波長交流輸電的應用前景非常廣闊。

在超高壓系統中，為了提高供電的可靠性，多采用快速單相自動重合閘。但是，當系統的一相因單相接地故障而被切除后，由于相間互感和相間電容的耦合作用，被切除的故障相在故障點仍流過一定數值的接地電流，即潛供電流。潛供電流會增加故障點電弧熄滅的難度，導致自動重合閘失敗。由于半波長交流輸電系統線路非常長，潛供電流非常大，電弧的熄滅難度非常高，需要采用一定的措施對潛供電流進行抑制。目前現有的半波長交流輸電潛供電流抑制措施主要是采用無源元件的被動抑制措施，原理上可行方案為沿線加裝高速接地開關，但是這種抑制措施還存在下述缺陷：

(1)半波長交流輸電系統線路較長，為了將潛供電流抑制到自熄的水平需要在沿線加裝大量的高速接地開關，高速接地開關的供電、檢修和維護工作難度大；

(2)半波長輸電系統沿線加裝高速接地開關，容易造成保護裝置拒動或誤動的現象，對繼電保護的要求比較高；

(3)被動抑制措施無法根據半波長輸電系統發生的故障類型及故障位置靈活地對潛供電流進行合理抑制，無法適應輸電系統復雜多變的運行工況。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺陷，本發明提供了一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統，其技術方案是：

所述系統包括并聯換流器，其一端與外接電源連接，另一端與半波長交流輸電線路并聯；所述并聯換流器，用于向所述半波長交流輸電線路輸出預設電流，以抑制潛供電流。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述系統還包括變壓器；所述并聯換流器通過變壓器與半波長交流輸電線路并聯；

其中，所述變壓器的電網側繞組為星型連接的繞組，且所述電網側繞組的中性點接地；所述變壓器的并聯換流器側繞組為角型連接的繞組。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述并聯換流器安裝在所述半波長交流輸電線路的線路首端、線路中部或線路末端。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述并聯換流器為兩電平換流器、多電平換流器或模塊化多電平換流器；其中，所述多電平換流器包括二極管鉗位型多電平換流器、飛跨電容型多電平換流器和級聯多電平換流器。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述并聯換流器為交-直-交型換流器或直-交型換流器。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述系統還包括控制模塊，用于控制所述并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設電流。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述控制模塊包括故障檢測單元和第一換流器驅動單元；

所述故障檢測單元，用于檢測所述半波長交流輸電線路的故障信息；

所述第一換流器驅動單元，用于依據所述故障信息和故障前半波長交流輸電線路的運行信息，并采用查表法確定注入到所述半波長交流輸電線路的電流幅值、電流相角和注入持續時間；以及，在故障切除達到第一預設時間后依據所述電流幅值、電流相角和注入持續時間向所述并聯換流器輸出驅動脈沖，驅動并聯換流器輸出預設電流；

其中，所述第一換流器驅動單元，還用于控制所述并聯換流器在分接設備重新合閘之前的第二預設時間內停止向半波長交流輸電線路輸出所述預設電流。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：

所述第一預設時間為1-3個工頻交流的周波時間；

所述第二預設時間為1-2個工頻交流的周波時間；

所述分接設備包括斷路器。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述控制模塊還包括第二換流器驅動單元，用于控制所述并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設的無功功率，以對未發生故障的半波長交流輸電線路進行無功補償。

與最接近的現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提供的一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統，通過控制并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設電流，可以將潛供電流抑制在期望的水平以內，進而提高半波長交流輸電線路的故障點電弧熄滅速度。

附圖說明

圖1：點對網型半波長交流輸電系統的潛供電流被動抑制措施示意圖；

圖2：網對網型半波長交流輸電系統的潛供電流被動抑制措施示意圖；

圖3：本發明實施例中一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統示意圖；

圖4：本發明實施例中另一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統示意圖；

圖5：一種兩電平換流器示意圖；

圖6：一種二極管鉗位型三電平換流器示意圖；

圖7：一種飛跨電容型三電平換流器示意圖；

圖8：一種級聯多電平換流器示意圖；

圖9：一種模塊化多電平換流器示意圖；

圖10：單相半橋結構功率單元示意圖；

圖11：單相全橋結構功率單元示意圖；

圖12：另一種兩電平換流器示意圖；

圖13：另一種二極管鉗位型三電平換流器示意圖；

圖14：另一種飛跨電容型三電平換流器示意圖；

圖15：另一種級聯多電平換流器示意圖；

圖16：另一種模塊化多電平換流器示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

半波長交流輸電系統主要包括點對網型半波長交流輸電系統和網對網型半波長交流輸電系統。其中，如圖1所示，點對網型半波長交流輸電系統包括發電機、變壓器、半波長交流輸電線路和大電網，發電機、變壓器、半波長交流輸電線路和大電網依次連接。如圖2所示，網對網型半波長交流輸電系統可以包括兩個大電網和半波長交流輸電線路，該半波長交流輸電線路連接在兩個大電網之間；網對網型半波長交流輸電系統也可以包括兩個大電網、變壓器和半波長交流輸電線路，一個大電網經過變壓器與半波長交流輸電線路的一端連接，半波長交流輸電線路的另一端與另一個大電網連接。如圖1和2所示，采用被動抑制措施時，為了將潛供電流抑制到自熄的水平需要在半波長交流輸電線路沿線加裝大量的高速接地開關，高速接地開關的供電、檢修和維護工作難度大；同時，高速接地開關容易造成保護裝置拒動或誤動的現象，對繼電保護的要求比較高，限制了半波長交流輸電技術的發展和應用。針對上述半波長交流輸電系統的潛供電流被動抑制方法的缺陷，本發明提供了一種基于并聯換流器的半波長交流輸電系統的潛供電流主動抑制系統，可以有效抑制半波長交流輸電系統的潛供電流，同時潛供電流主動抑制系統安裝位置集中利于技術人員檢修和維護。

下面分別結合附圖，對本發明實施例提供的一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統進行說明。

圖3為本發明實施例中一種半波長交流輸電線路的潛供電流主動抑制系統示意圖，如圖所示，本實施例中半波長交流輸電線路的潛供電流抑制系統包括一個并聯換流器，該并聯換流器的一端與外接電源連接，另一端與半波長交流輸電線路并聯，并聯換流器用于向半波長交流輸電線路輸出預設電流，以抑制潛供電流。其中，并聯換流器可以安裝在半波長交流輸電線路的線路首端、線路中部或線路末端，本實施例中并聯換流器安裝在半波長交流輸電線路的線路末端。通過將潛供電流抑制系統集中安裝在半波長交流輸電線路的線路首端、線路中部或線路末端，可以減少潛供電流抑制系統的檢修和維護工作。

本實施例中通過控制并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設電流，可以將潛供電流抑制在期望的水平以內，進而提高半波長交流輸電線路故障點的電弧熄滅速度。

進一步地，本實施例中外接電源為交流電源時并聯換流器可以采用交-直-交型換流器，外接電源為直流電源時并聯換流器可以采用直-交型換流器。

進一步地，本實施例中并聯換流器可以采用多種結構的換流器，具體為：

當外接電源為交流電源時，本實施例中并聯換流器可以采用圖5所示的兩電平換流器、多電平換流器或圖9所示的模塊化多電平換流器。其中，多電平換流器包括圖6所示的二極管鉗位型多電平換流器、圖7所示的飛跨電容型多電平換流器和圖8所示的級聯多電平換流器。本實施例中模塊化多電平換流器的功率模塊可以采用圖10所示的單相半橋結構功率單元，或者采用圖11所示的單相全橋結構功率單元。

當外接電源為直流電源時，本實施例中并聯換流器可以采用圖12所示的兩電平換流器、多電平換流器或圖16所示的模塊化多電平換流器。其中，多電平換流器包括圖13所示的二極管鉗位型多電平換流器、圖14所示的飛跨電容型多電平換流器和圖15所示的級聯多電平換流器。本實施例中模塊化多電平換流器的功率模塊可以采用圖10所示的單相半橋結構功率單元，或者采用圖11所示的單相全橋結構功率單元。

圖4為本發明實施例中另一種半波長交流輸電線路的潛供電流抑制系統示意圖，如圖所示，本實施例中半波長交流輸電線路的潛供電流抑制系統包括一個并聯換流器和一個變壓器，該并聯換流器的一端與外接電源連接，另一端通過變壓器與半波長交流輸電線路并聯，并聯換流器用于向半波長交流輸電線路輸出預設電流，以抑制潛供電流。其中，并聯換流器可以安裝在半波長交流輸電線路的線路首端、線路中部或線路末端，本實施例中并聯換流器安裝在半波長交流輸電線路的線路末端。通過將潛供電流主動抑制系統集中安裝在半波長交流輸電線路的線路首端、線路中部或線路末端，可以減少潛供電流主動抑制系統的檢修和維護工作。

本實施例中通過控制并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設電流，可以將潛供電流抑制在期望的水平以內，進而提高半波長交流輸電線路的故障點電弧熄滅速度。

進一步地，本實施例中變壓器的電網側繞組為星型連接的繞組，且電網側繞組的中性點接地，這種連接方式可以降低相電壓，進而降低損耗和絕緣成本。變壓器的并聯換流器側繞組為角型連接的繞組，這種連接方式可以防止并聯換流器產生的諧波進入半波長交流輸電線路中，同時也可以防止并聯換流器因故障產生的零序電流對半波長交流輸電系統的保護裝置造成不利影響。

進一步地，本實施例中外接電源為交流電源時并聯換流器可以采用交-直-交型換流器，外接電源為直流電源時并聯換流器可以采用直-交型換流器。

進一步地，本實施例中并聯換流器可以采用多種結構的換流器，具體為：

當外接電源為交流電源時，本實施例中并聯換流器可以采用圖5所示的兩電平換流器、多電平換流器或圖9所示的模塊化多電平換流器。其中，多電平換流器包括圖6所示的二極管鉗位型多電平換流器、圖7所示的飛跨電容型多電平換流器和圖8所示的級聯多電平換流器。本實施例中模塊化多電平換流器的功率模塊可以采用圖10所示的單相半橋結構功率單元，或者采用圖11所示的單相全橋結構功率單元。

當外接電源為直流電源時，本實施例中并聯換流器可以采用圖12所示的兩電平換流器、多電平換流器或圖16所示的模塊化多電平換流器。其中，多電平換流器包括圖13所示的二極管鉗位型多電平換流器、圖14所示的飛跨電容型多電平換流器和圖15所示的級聯多電平換流器。本實施例中模塊化多電平換流器的功率模塊可以采用圖10所示的單相半橋結構功率單元，或者采用圖11所示的單相全橋結構功率單元。

本發明提供的一個優選實施例中，潛供電流主動抑制系統還包括用于控制并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設電流的控制模塊。本實施例中控制模塊包括故障檢測單元和第一換流器驅動單元，具體為：

故障檢測單元，用于檢測半波長交流輸電線路的故障信息。其中，故障信息可以包括發生故障的故障相、故障類型和故障位置，故障類型主要包括短路故障。

第一換流器驅動單元，用于依據故障信息和故障前半波長交流輸電線路的運行信息，并采用查表法確定注入到半波長交流輸電線路的電流幅值、電流相角和注入持續時間；以及，在故障切除達到第一預設時間后依據電流幅值、電流相角和注入持續時間向并聯換流器輸出驅動脈沖，驅動并聯換流器輸出預設電流。其中，第一預設時間可以為1-3個工頻交流的周波時間。本實施例中第一換流器驅動單元，還可以用于控制并聯換流器在分接設備重新合閘之前的第二預設時間內停止向半波長交流輸電線路輸出預設電流。其中，第二預設時間為1-2個工頻交流的周波時間，分接設備主要包括斷路器。

進一步地，本實施例中控制模塊還可以包括用于控制并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設的無功功率的第二換流器驅動單元，從而起到靜止同步補償器的作用(staticsynchronouscompensator,簡稱statcom)，實現半波長交流輸電線路的無功補償。

進一步地，本實施例中控制模塊控制并聯換流器向半波長交流輸電線路輸出預設電流的實施步驟為：

1、當半波長交流輸電系統因故障產生潛供電流后，故障檢測單元檢測半波長交流輸電線路的故障信息。

2、第一換流器驅動單元依據故障信息和故障前半波長交流輸電線路的運行信息，并采用查表法確定注入到半波長交流輸電線路的電流幅值、電流相角和注入持續時間。

3、在故障切除達到第一預設時間后第一換流器驅動單元依據電流幅值、電流相角和注入持續時間，以及并聯換流器的類型，向并聯換流器輸出驅動脈沖，驅動并聯換流器輸出預設電流，抑制潛供電流。

4、第一換流器驅動單元在分接設備重新合閘前第二預設時間內控制并聯換流器停止向半波長交流輸電線路輸出預設電流。

5、當半波長交流輸電線路再次發生故障后，控制模塊重復執行步驟1～4，直至半波長交流輸電系統恢復正常運行。

應該注意的是上述實施例對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞“包括”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的pc來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統)、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。