本發(fā)明涉及包括預(yù)插入電阻器的高速開(kāi)關(guān)和關(guān)聯(lián)的換流站。

背景技術(shù)：

高壓直流(HVDC)線(xiàn)路越來(lái)越多地用于低損耗輸電中。對(duì)于HVDC線(xiàn)路，換流站可以被提供在任一側(cè)上，用于向交流(AC)輸電網(wǎng)和從交流(AC)輸電網(wǎng)換流。各換流站包括AC/DC(直流)換流器和DC側(cè)上的高速開(kāi)關(guān)(HSS)。

偶爾，接地故障可能發(fā)生在HVDC線(xiàn)路的輸電線(xiàn)上，在該故障點(diǎn)處，HSS斷開(kāi)(即，被設(shè)置為非導(dǎo)電狀態(tài))。在隔離之后，如果故障為暫時(shí)故障，則AC/DC換流器準(zhǔn)備重啟，架空線(xiàn)輸電經(jīng)常是這種情況。

作為重啟過(guò)程的一部分，需要閉合HSS(即，被設(shè)置為導(dǎo)電狀態(tài))，在閉合HSS之后，輸電線(xiàn)上的電能傳輸可以繼續(xù)。然而，當(dāng)在DC故障之后的重啟期間閉合HSS時(shí)，因?yàn)闊o(wú)法完美地控制兩側(cè)之間的閉合時(shí)間，所以電壓反射經(jīng)常發(fā)生在輸電線(xiàn)或電纜的盡頭。輸電線(xiàn)或電纜的波阻抗顯著低于盡頭的接近無(wú)限的波阻抗。因此，電壓反射在一些情況下可能達(dá)到系統(tǒng)DC電壓的差不多兩倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目的是降低在閉合輸電線(xiàn)的任一側(cè)上的高速開(kāi)關(guān)時(shí)的過(guò)電壓。

根據(jù)第一方面，提供了一種高速開(kāi)關(guān)，該高速開(kāi)關(guān)包括：第一端，該第一端用于連接到AC/DC換流器的DC側(cè)；第二端，該第二端用于連接到DC輸電線(xiàn)；主開(kāi)關(guān)；以及預(yù)插入開(kāi)關(guān)，該預(yù)插入開(kāi)關(guān)用于選擇性地激活在所述第一端與所述第二端之間的導(dǎo)電路徑中的預(yù)插入電阻器，從而增大所述第一端與所述第二端之間的電阻。

高速開(kāi)關(guān)還可以包括與所述主開(kāi)關(guān)并聯(lián)提供的的預(yù)插入串，所述預(yù)插入串包括所述預(yù)插入電阻器與所述預(yù)插入開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接。

高速開(kāi)關(guān)還可以被配置為：在閉合過(guò)程中，首先閉合所述預(yù)插入開(kāi)關(guān)，其后閉合所述主開(kāi)關(guān)。

高速開(kāi)關(guān)還可以被配置為：在所述閉合過(guò)程中，在閉合所述主開(kāi)關(guān)之后斷開(kāi)所述預(yù)插入開(kāi)關(guān)。

高速開(kāi)關(guān)還可以包括預(yù)插入部，該預(yù)插入部包括所述預(yù)插入開(kāi)關(guān)和所述預(yù)插入電阻器的并聯(lián)連接，其中，所述預(yù)插入部被提供為與所述主開(kāi)關(guān)串聯(lián)。

高速開(kāi)關(guān)還可以被配置為：在閉合過(guò)程中，首先在保持所述預(yù)插入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的同時(shí)閉合所述主開(kāi)關(guān)，其后閉合所述預(yù)插入開(kāi)關(guān)。

根據(jù)第二方面，提供了一種換流站，該換流站包括高壓AC/DC換流器和根據(jù)第一方面的高速開(kāi)關(guān)。

這些實(shí)施例將線(xiàn)路終端處的反射期間的過(guò)電壓水平大大降低至甚至可以低于電涌放電器的防護(hù)水平的水平，這對(duì)于線(xiàn)路和連接到線(xiàn)路的大多數(shù)組件大有益處。

通常，權(quán)利要求中所用的所有術(shù)語(yǔ)要根據(jù)它們?cè)诒炯夹g(shù)領(lǐng)域中的普通含義來(lái)解釋?zhuān)沁@里另外明確定義。所有對(duì)“一/一個(gè)元件、裝置、組件、部件、步驟等”的引用要開(kāi)放地解釋為提及元件、裝置、組件、部件、步驟等的至少一個(gè)實(shí)例，除非另外明確敘述。這里所公開(kāi)的任意方法的步驟不必以所公開(kāi)的確切順序來(lái)執(zhí)行，除非明確敘述。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在參照附圖用示例的方式描述本發(fā)明，附圖中：

圖1是圖示了可以應(yīng)用這里所提出的實(shí)施例的HVDC安裝的示意圖；

圖2A-圖2B是圖示了圖1的高速開(kāi)關(guān)的實(shí)施例的示意圖；以及

圖3A-圖3D是圖示了各種場(chǎng)景中架空線(xiàn)重新連接期間的電壓反射的示意曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中，示出了本發(fā)明的特定實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)具體實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于這里所闡述的實(shí)施例；相反，這些實(shí)施例用示例的方式來(lái)提供，使得本公開(kāi)將深入且完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。同樣的附圖標(biāo)記貫穿說(shuō)明書(shū)提及同樣的元件。

圖1是圖示了可以應(yīng)用這里所提出的實(shí)施例的HVDC安裝的示意圖。

AC網(wǎng)絡(luò)10分別經(jīng)由第一換流變壓器11a和第二換流變壓器11b連接到換流站。

換流站5包括第一AC/DC換流器12a、第一高速開(kāi)關(guān)(HSS)20a、第二AC/DC換流器12b以及第二HSS 20c。

AC/DC換流器12a-b例如可以為電壓源換流器(VSC)的形式，諸如模塊化多級(jí)換流器(M2C)。換流器然后包括若干串聯(lián)連接的換流器單元，其中，各換流器單元可以為半橋單元、全橋單元或任意其他合適的單元結(jié)構(gòu)。通過(guò)串聯(lián)放置若干換流器單元，可以支持高壓應(yīng)用。而且，可以降低各換流器單元的切換頻率，從而降低切換損耗。

AC/DC換流器12a-b可以經(jīng)由中性線(xiàn)連接，并且可以連接到中性電極15。

第一HSS 20a通過(guò)第一輸電線(xiàn)17a連接到第三HSS 20b?？梢源嬖谝脖惶峁┰诘谝惠旊娋€(xiàn)17a(或輸電纜)的任一側(cè)上的第一電涌放電器21a和第二電涌放電器21b。

類(lèi)似地，第二HSS 20c通過(guò)第二輸電線(xiàn)17b連接到第四HSS 20d。可以存在也被提供在第二輸電線(xiàn)17b(或輸電纜)的任一側(cè)上的第三電涌放電器21c和第四電涌放電器21d。

在第三和第四HSS 20b、20d的另一側(cè)上，可以存在其他的換流器和AC輸電網(wǎng)等，但這對(duì)于說(shuō)明這里提出的實(shí)施例不需要，由此為清楚起見(jiàn)而不示出。

故障有時(shí)發(fā)生在輸電線(xiàn)17a-b上。特別是對(duì)于架空線(xiàn)，接地故障不是完全不常見(jiàn)的。現(xiàn)在將描述接地故障發(fā)生在第一輸電線(xiàn)17a上時(shí)的示例。當(dāng)接地故障發(fā)生在第一輸電線(xiàn)17a上時(shí)，應(yīng)阻止故障傳播到系統(tǒng)的其他部分。因此，第一換流器12a在其兩個(gè)AC側(cè)(朝向AC網(wǎng)絡(luò)10)和其DC側(cè)(朝向第一輸電線(xiàn)17a)上被阻斷并隔離。在DC側(cè)上，這受到斷開(kāi)第一HSS 20a的影響。同樣地，在故障第一輸電線(xiàn)17a的另一側(cè)上斷開(kāi)第三HSS 20b。

一旦清除接地故障，則需要重啟系統(tǒng)，以再次達(dá)到運(yùn)行狀態(tài)。架空輸電線(xiàn)中的接地故障本質(zhì)上常常是暫時(shí)的，并且這種重啟可能在故障發(fā)生不久之后發(fā)生。

為了供給輸電線(xiàn)17a能量，需要閉合第一HSS 20a和第三HSS 20b。實(shí)際上，不可能在完全一樣的時(shí)間點(diǎn)閉合第一HSS 20a和第三HSS 20b。如果第一HSS 20a閉合而第三HSS 20b仍然斷開(kāi)，則來(lái)自第一換流器12a的電壓波將到達(dá)第二電涌放電器21b點(diǎn)并被反射。該過(guò)電壓對(duì)于輸電線(xiàn)和連接到輸電線(xiàn)的組件是有害的。

在現(xiàn)有技術(shù)中，沒(méi)有避免半橋不對(duì)稱(chēng)單極或不對(duì)稱(chēng)雙極VSC換流器中的該過(guò)電壓的良好解決方案，電涌放電器21a-b可以用于該目的，但由于過(guò)電壓的大小，所以這對(duì)電涌放電器尺寸寄予非常大的要求。而且，放電器通常僅可以將過(guò)電壓限于系統(tǒng)電壓的大約1.7倍。

根據(jù)這里提出的實(shí)施例，HSS被提供有集成預(yù)插入電阻器以在連接時(shí)降低初始過(guò)電壓。

圖2A-圖2B是圖示了圖1的高速開(kāi)關(guān)20a-d(這里由單個(gè)HSS 20來(lái)表示)的實(shí)施例的示意圖。將首先描述圖2A的實(shí)施例。

HSS 20包括用于連接到AC/DC換流器12a-b的DC側(cè)的第一端30、用于連接到DC輸電線(xiàn)17a-b的第二端31以及主開(kāi)關(guān)(32)。另外，預(yù)插入串35被提供為與主開(kāi)關(guān)32并聯(lián)。預(yù)插入串35在這里僅為描述圖2A的實(shí)施例的語(yǔ)言上的構(gòu)造，并且包括預(yù)插入電阻器34和預(yù)插入開(kāi)關(guān)33的串聯(lián)連接。

在閉合過(guò)程中(例如，在圖1的系統(tǒng)的重啟(或啟動(dòng))的開(kāi)始期間)，首先閉合預(yù)插入開(kāi)關(guān)33(而主開(kāi)關(guān)32斷開(kāi))。這樣，穿過(guò)HSS 20的電流被強(qiáng)迫穿過(guò)預(yù)插入電阻器34。一旦過(guò)電壓降低，則主開(kāi)關(guān)32可以閉合，在主開(kāi)關(guān)32閉合之后，預(yù)插入開(kāi)關(guān)33可以斷開(kāi)。一旦閉合主開(kāi)關(guān)32，則跨預(yù)插入開(kāi)關(guān)33沒(méi)有顯著的電壓，借此，預(yù)插入開(kāi)關(guān)33可以在沒(méi)有或具有最小電弧的情況下斷開(kāi)。

該HSS 20可以安裝在任意合適的HVDC系統(tǒng)中。比如，HSS可以被提供為不對(duì)稱(chēng)單極或不對(duì)稱(chēng)雙極半橋VSC的一部分。

現(xiàn)在看向圖2B的實(shí)施例，這里存在包括預(yù)插入開(kāi)關(guān)33和預(yù)插入電阻器34的并聯(lián)連接的預(yù)插入部36。預(yù)插入部36在這里僅為描述圖2B的實(shí)施例的語(yǔ)言上的構(gòu)造，并且被提供為與主開(kāi)關(guān)32串聯(lián)。

在閉合過(guò)程中，首先在保持預(yù)插入開(kāi)關(guān)33斷開(kāi)的同時(shí)閉合主開(kāi)關(guān)32。這迫使穿過(guò)HSS 20的任意電流穿過(guò)預(yù)插入電阻器34。一旦過(guò)電壓降低，則可以閉合預(yù)插入開(kāi)關(guān)33，這有效地繞開(kāi)預(yù)插入電阻器34。

HSS 20的其他實(shí)施例是可能的，只要該實(shí)施例具有選擇性插入和去除穿過(guò)HSS的電流路徑中的預(yù)插入電阻器的可能性即可。

圖3A-圖3D是圖示了各種場(chǎng)景中架空線(xiàn)重新連接期間的電壓反射的示意曲線(xiàn)圖。在這些曲線(xiàn)圖的全部中，水平軸代表時(shí)間，而豎直軸代表電壓(單位為kV)。

圖3A是代表在HSS中沒(méi)有預(yù)插入電阻器(PIR)的情況下在架空線(xiàn)重新連接到640kV換流器期間的電壓反射的示意曲線(xiàn)圖。在該示例中，輸電線(xiàn)為60km架空線(xiàn)。

圖3B是代表在HSS中具有PIR的情況下在架空線(xiàn)重新連接到640kV換流器期間的電壓反射的示意曲線(xiàn)圖。與圖3A的示例相同，輸電線(xiàn)為60km架空線(xiàn)。通過(guò)比較圖3A和圖3B，可以看到，具有PIR的實(shí)施例的最大電壓被減小20％。

圖3C是代表在HSS中沒(méi)有預(yù)插入電阻器的情況下在架空線(xiàn)重新連接到640kV換流器期間的電壓反射的示意曲線(xiàn)圖。在該示例中，輸電線(xiàn)為1000km架空線(xiàn)。

圖3D是代表在HSS中具有PIR的情況下在架空線(xiàn)重新連接到640kV換流器期間的電壓反射的示意曲線(xiàn)圖。與圖3C的示例相同，輸電線(xiàn)為1000km架空線(xiàn)。再次，通過(guò)比較圖3C和圖3D，可以看到，具有PIR的實(shí)施例的最大電壓被減小20％。

所提出的實(shí)施例可以用于不對(duì)稱(chēng)單極和雙極運(yùn)行這兩者中。由于降低的過(guò)電壓，大大降低對(duì)電涌放電器的應(yīng)力，并且這些不需要多列放電器。這降低放電器的成本，并且顯著降低對(duì)電涌放電器的物理空間的要求。

此外，PIR的使用與使用AC側(cè)PIR時(shí)相比顯著縮短到重新建立輸電為止的時(shí)間。這減少AC網(wǎng)絡(luò)的有功輸電和無(wú)功控制的干擾。

如上所示，這些實(shí)施例將線(xiàn)路終端處的反射期間的過(guò)電壓水平大大降低至甚至可以低于電涌放電器的防護(hù)水平的水平，這對(duì)于線(xiàn)路和連接到線(xiàn)路的大多數(shù)組件大有益處。

因?yàn)镻IR為HSS的一部分，所以不需要大量的額外空間。

上面已經(jīng)主要參照一些實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的，除了上面公開(kāi)的實(shí)施例之外的其他實(shí)施例在如由所附專(zhuān)利權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)同樣是可以的。