直流输电系统的送端拓扑结构及直流输电系统的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种直流输电系统的送端拓扑结构及直流输电系统。


背景技术：

2.直流输电相比交流输电而言，具有造价低、架空线路杆塔结构简单、功率和能量损耗小、输电系统无需无功补偿以及对通信信号干扰小等优点，因而被广泛应用。直流输电电网一般包括高压直流输电、超高压直流输电和特高压直流输电。其中，高压是指10至220kv直流电压，超高压是指330至750的直流电压，而特高压是指
±
800kv及以上的直流电压。
3.在各种输出电压的直流输电系统中，特高压直流输电由于输出电压最高，使得其与其它类型的直流输电系统在传输相同的功率下相比，损耗最小。因此特高压直流输电更适合远距离大容量输电的应用场合。我国的大水电资源基本都集中在西部，而用电负荷中心却远在东部。则通过特高压直流输电系统进行西电东送成为解决东部用电一种可持续发展思路。
[0004]“十四五”规划表明我国将中长期处于整体缺能状态，云南贵州可能也面临电力缺口，这使得现有的西电东送特高压直流输电系统可能会面临送端交流电厂电力不足的问题。因此需要寻求接续电源接入现有的特高压直流输电，以为其提供送端电源。然而，目前能够被利用的大容量电站很少，且一般的大容量水电站适合直接送电粤港澳大湾区，以避免直接与云贵交流场相连增加结算复杂程度。因此，在面对西部送端大水电站电力缺口的情况下，西电东送的特高压直流输电的接续成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
基于此，有必要提供一种直流输电系统的送端拓扑结构及接续方法，以解决小电源接续大电压等级的直流输电系统中换流站建设成本的问题。
[0006]
一种直流输电系统的送端拓扑结构，包括第一换流站和第二换流站；
[0007]
所述第一换流站包括正极输出端、负极输出端、接地端、依次连接在所述第一换流站的正极输电端和所述第一换流站的接地端之间的正极阀组、依次连接在所述第一换流站的负极输电端和所述第一换流站的接地端之间的负极阀组；
[0008]
所述第二换流站的正极输出端连接到所述第一换流站的两个正极阀组之间的第一节点，所述第二换流站的负极输出端连接到所述第一换流站的两个相连的负极阀组之间第二节点；所述第二换流站的正极阀组连接在所述第二换流站的正极输出端和接地端之间，所述第二换流站的负极阀组连接在所述第二换流站的负极输出端和接地端之间。
[0009]
在一些实施例中，所述第一换流站和第二换流站中的正极阀组中的换流阀和负极阀组中换流阀的均为常规直流十二脉动换流阀或均为柔性直流换流阀。
[0010]
在一些实施例中，所述第二换流站的电压等级为第一换流站的电压等级的一半。
[0011]
在一些实施例中，所述第一换流站的正极阀组包括第一正极阀组和第二正极阀
组；
[0012]
所述第一正极阀组的正端与所述第一换流站的正极输出端，负端与所述第二正极阀组的正端相连，所述第二正极阀组的负端与所述第一换流站的接地端相连；
[0013]
所述第一换流站的负极阀组包括第一负极阀组和第二负极阀组；
[0014]
所述第一负极阀组的正端与所述第一换流站的接地端相连，所述第一负极阀组的负端与所述第二负极阀组的正端相连，所述第二负极阀组的负端与所述第一换流站的负极输出端相连；
[0015]
所述第二换流站的正极输出端连接到所述第一正极阀组和第二正极阀组之间；
[0016]
所述第二换流站的负极输出端连接到所述第一负极阀组和第二负极阀组之间。
[0017]
在一些实施例中，所述第二换流站包括第三正极阀组和第三负极阀组；
[0018]
所述第三正极阀组的正端与所述第二换流站的正极输出端相连，负端与所述第二换流站的接地端相连；
[0019]
所述第三负极阀组的正端与所述第二换流站的接地端相连，负端与所述第二换流站的负极输出端相连。
[0020]
在一些实施例中，还包括第一交流电源、第二交流电源；
[0021]
所述第一交流电源与所述第一换流站相连，所述第一交流电源输出的交流电由经所述第一换流站变换成直流电电流输出后，再被传输至直流输电系统的受端换流站；
[0022]
所述第二交流电源与所述第二换流站相连，所述第二交流电源通过所述第二换流站和所述第一换流站变换成直流电流后，被传输至所述受端换流站。
[0023]
在一些实施例中，所述第一交流电源向所述第一换流站传输的功率分别由所述第一换流站的各正极阀组和各负极阀组转换成对应的正极直流电流和负极直流电流后，分别由所述第一换流站的正极输出端和负极输出端输出至所述受端换流站；
[0024]
所述第二交流电源向所述第二换流站传输的功率由经所述第二换流站中的正极阀组和所述第一换流站中的第一正极阀组转换成正极直流电流，并由所述第二换流站中的负极阀组和所述第一换流站中的第二负极阀组转换成负极电流后，分别由所述第一换流站的正极输出端和负极输出端传输至所述受端换流站。
[0025]
在一些实施例中，在所述第一换流站工作期间，所述第一换流站中的各个阀组上的电压差大小相同，所述第一换流站的所述各个阀组包括所述第一换流站的正极阀组和负极阀组；
[0026]
在所述第二换流站工作期间，所述第二换流站中的各个阀组上的电压差大小相同，所述第二换流站的所述各个阀组包括所述第二换流站的正极阀组和负极阀组。
[0027]
在一些实施例中，所述第一换流站中各个正极阀组和各个负极阀组对应设置有阀组旁路开关；
[0028]
当所述第一换流站中正极阀组或负极阀组出现故障时，出现故障的阀组被对应的所述旁路开关旁路。
[0029]
一种包括如上述任意一项所述的送端拓扑结构的直流输电系统。
[0030]
本技术提供的直流输电系统的送端拓扑结构及直流输电系统中，通过使第二换流站的正极输出端连接到第一换流站的两个相连的正极阀组之间的第一节点，第二换流站的负极输出端连接到第一换流站的两个相连的负极阀组之间第二节点，使得第二换流站的输
出端并联在第一换流站的两个阀组连接节点之间，即实现了不同电压等级的换流站之间的连接，从而可以使小电源通过低电压等级的第二换流站接续到高电压等级的第一换流站所在输电系统中，小电源的接续无需采用高成本的高电压等级换流站来实现接续，可有效的降低了接续成本。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
为了能使相对较小的电源在作为已有直流输电系统的接续电源时，降低新建的换流站的建设成本，本技术提供了一种直流输电系统的送端拓扑结构。
[0033]
图1为依据本技术第一实施例的直流输电系统送端拓扑结构示意图；
[0034]
图2为依据本技术第二实施例的直流输电系统送端拓扑结构示意图；
[0035]
图3为依据本技术第三实施例的直流输电系统送端拓扑结构示意图；
[0036]
图4为依据本技术的直流输电系统的接续方法流程示意图。
具体实施方式
[0037]
为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
[0038]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
[0039]
可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
[0040]
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
[0041]
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
[0042]
图1为依据本技术第一实施例的直流输电系统送端拓扑结构中的部分结构示意图。直流输电系统包括第一换流站01和第二换流站02。其中，第一换流站01包括正极输出端u1、接地端、负极输出端u2、依次连接在正极输出端u1和接地端之间正极阀组(第一正极阀组)11和正极阀组(第二正极阀组)12、依次连接在负极输出端u2和接地端之间负极阀组(第一负极阀组)13和负极阀组(第二负极阀组)14。其它实施例中，第一换流站01可以包括依次
连接在正极输出端u1和接地端之间的两个以上的正极阀组，第一换流站01的负极阀组与其正极阀组的数量相同，二者对称设置在接地端两边。
[0043]
第二换流站02的正极输出端ua连接到第一换流站01的两个相连的正极阀组之间的第一节点j1，第二换流站的负极输出端ua连接到第一换流站01的两个相连的负极阀组之间第二节点j2。
[0044]
根据第一实施例中的直流输电系统的换流站送端拓扑结构，通过使第二换流站的正极输出端连接到第一换流站的两个相连的正极阀组之间的第一节点，第二换流站的负极输出端连接到第一换流站的两个相连的负极阀组之间第二节点j2，使得第二换流站的输出端并联在第一换流站的两个阀组连接节点之间，即实现了不同电压等级的换流站之间的连接，从而可以使小电源通过低电压等级的第二换流站接续到高电压等级的第一换流站所在输电系统中，小电源的接续无需采用高成本的高电压等级换流站来实现接续，可有效的降低了接续成本。
[0045]
需要说明的是，本技术的的电压等级是指换流站在换流后输出的直流电压的大小。在实施例一中，第二换流站02的电压等级为第一换流站的电压等级的一半(50％)，一般选择相同的阀组作为第一换流站01和第二换流站02的各个阀组。这里的阀组包括正极阀组和负极阀组，阀组包括换流站中的换流变压器和整理器，换流变压器将交流电源输出的交流电传输至整流器，整流器将交流电变换成直流后输出。换流站中的各个阀组串联是指，各个阀组的整流器输出的电流串联。
[0046]
在依据本技术的直流输出系统中，第二换流站02的正极阀组数量等于节点j1和第一换流站的接地端之间连接的正极阀组的数量，第二换流站的负极阀组数量等于节点j2和第一换流站的接地端之间连接的负极阀组的数量。在第一换流站工作期间，所述第一换流站中的各个阀组上的电压差大小相同，第一换流站的各个阀组包括第一换流站的正极阀组和负极阀组，在第二换流站工作期间，第二换流站中的各个阀组上的电压差大小相同，第二换流站的各个阀组包括第二换流站的正极阀组和负极阀组。此外，第二换流站02的正极阀组连接在第二换流站的正极输出端和接地端之间，第二换流站的负极阀组连接在第二换流站的负极输出端和接地端之间。
[0047]
在第一实施例中，第一换流站的正极阀组11的正端与其正极输出端u1相连，负端与正极阀组12的正端相连，正极阀组12的负端与第一换流站01的接地端相连，第一换流站01负极阀组13的正端与第一换流站01的接地端相连，负端与负极阀组14的正端相连，负极阀组14的负端与第一换流站01的负极输出端u2相连。则第二换流站02的正极输出端连接到正极阀组11和正极阀组12之间，所述第二换流站02的负极输出端连接到负极阀组13和负极阀14组之间。
[0048]
第二换流站02则为双阀组双极型换流站，其包括一个正极阀组21和一个负极阀组22，正极阀21的正端与第二换流站02的直流输出端ua相连，负端接地，负极阀组22的正端接地，负端与第二换流站02的负极输出端ub相连。由于第一换流站01与第二换流站02中的各个阀组设置相同，即在输电系统中各个阀组上的电压差相同，则为了使电压等级为第一换流站01的一般的第二换流站02可以接续到第一换流站01所在的输电系统，第二换流站02中的正极输出端ua需要连接在第一换流站01的正极阀组11与正极阀组之间的节点j1，第二换流站02中的负极输出端ub需要连接在第一换流站01的负极侧阀组13与负极阀组14之间的
节点j2。因为节点j1与节点j2之间的电压差等于第二换流站02的电压等级。显然，利用第二换流站作为第一换流站所在直流输电系统的接续换流站时，需要根据第二换流站的电压等级大小、第一换流站的电压等级大小以及第一换流站类型和阀组数量确定第一换流站与第二换流站之间的节点j1、j2在第一换流站中的位置。例如在其它实施例中，若第一换流站为8阀组双极型换流站，即第一换流站具有4个依次串联的正极阀组和4个依次串联的负极阀组，需要采用电压等级为第一换流站电压等级的一半的第二换流站作为接续换流站，则节点j1的位置会调整为多个串联的正极阀组中的第二个正极阀组和第三个正极阀组之间的节点，则节点j2的位置会调整为多个串联的负极阀组中的第二个负极阀组和第三个负极阀组之间的节点。
[0049]
继续如图1所示，直流输电系统还包括了第一交流电源ac1和第二交流电源ac2。第一交流电源为直流输电系统的已有送端电源，如送端交流站，第一换流站01为对应的已有送端换流站，其提供的电能通过第一交流母线bac1传输到第一换流站01的各个阀组中，再有经第一换流站01的各个阀组变换成直流电压输出。第二交流电源ac2作为直流输电系统的接续电源，其为送端的另一交流站。正常情况下，即第一交流电源ac1的电能足以供给直流输电系统的受端使用时，第一交流电源ac1向第一换流站01传输的功率分别由第一换流站01的各正极阀组(如正极阀组11和正极阀组12)和各负极阀组(如正极阀组13和负极阀组14)转换成对应的正极直流电流和负极直流电流后，分别由第一换流站01的正极输出端和负极输出端输出至直流输电系统的受端换流站。而在第一交流电源ac1的电能不能供给受端换流站使用时，第二交流电源ac2向第二换流站02传输的功率由经第二换流站02中的正极阀组21和第一换流站中的第一正极阀组11转换成正极直流电流，并由第二换流站02中的负极阀组22和第一换流站01中的第二负极阀组14转换成负极电流后，分别由第一换流站01的正极输出端和负极输出端传输至受端换流站。
[0050]
第二换流站作为接续换流站，其在第一交流电源ac1电力小于预设值时(不足或缺乏)，其输出的交流电通过第二交流母线bac2传输至第二换流站02的各个阀组中，然后变换成直流输出到第一换流站01中，再有第一换流站01通过已有的输电线路传输至受端换流站，以实现小电源的接续。而第一交流电源ac1电力大于或等于预设值时(不足或缺乏)，其输出的交流电通过第一交流母线bac1传输至第一换流站01的各个阀组中，通过各个阀组的中的换流变压器传输至各个阀组的整流器，再由整流器变换成直流电输出，直流电被传输到第一换流站01中，再由经第一换流站01中的第一节点j1与正极输出端u1之间的正极以及第二节点j2与负极输出端u2之间的负极负极阀组输出到已有的输电线路传输至受端换流站。
[0051]
图2为依据本技术第二实施例提供的直流输电系统的送端拓扑结构的部分结构示意图。如图2所示，第一换流站01中还设置有与各个阀组并联的各个旁路开关s1、s2、s3、s4，当第一换流站01中的阀组出现故障时，可以通过闭合相应的旁路开关将出现故障的阀组旁路掉。例如阀组12出现故障时，可以闭合开关s2。此外与各个旁路开关还可以旁路掉与其并联的第二换流站中的阀组，例如当第二换流站中的任意一个阀组出现故障时，可以通过闭合开关s1、s3来旁路与第二换流站以及与第二换流站并联的第一换流站中的阀组(如正极阀组12和负极阀组13)。
[0052]
图3为依据本技术第三实施例提供的直流输电系统的送端拓扑结构的部分结构示
意图。直流输电系统还包括受端换流站03。受端换流站03为四阀组双极型换流站，其正极上串联有正极高压侧阀组31、正极低压侧阀组32，负极上串联有负极高压侧阀组34和负极低压侧阀组33。受端换流站03的各个阀组设置有并联的旁路开关s5、s6、s7、s8。受端换流站03输出的交流电压通过交流母线bac3传输到受端交流电网ac3中。
[0053]
依据本技术提供的各个送端换流站中的各个阀组均相同，例如可以均为常规直流阀组或均为柔性直流阀组，如本技术中的各个阀组中的换流阀均为常规直流十二脉动换流阀或各个阀组中的换流阀均为柔性直流换流阀。本技术对各个阀组的类型不做进一步限定。
[0054]
如图3所示的直流输电系统，若送端换流站的阀组为常规直流阀组则可以在受端通过控制熄弧角γ来确保第一换流站输出的电压为恒定电压，由于第二换流站的电压为第一换流站电压的一半，则第二换流站的输出电压也为恒定的电压。若第一换流站的正极高压侧阀组上的功率为p1，正极低压侧阀组上的功率为p2，而第二换流站的正极侧阀组的功率为p3，则根据本技术的送端拓扑结构，p1＝p2 p3。因此，可以在送端通过控制第一换流站和第二换流站的的触发角来控制有功功率。
[0055]
在依据本技术的各个实施例中，第一换流站可以为四阀组特高压换流站，而第二换流站则为高压换流站。例如第一换流站的电压等级为
±
800kv，则第二换流站的电压等级为
±
400kv换流站，这样在第二换流站和第一换流站之间只需要
±
400kv直流线路，相比通过建
±
800kv的换流站和输电线路来与第一换流站并联的接续换流站而言，本技术的这种直流输电系统送端拓扑结构可以大大减少接续换流站的建设成本。此外，本技术提供的直流输电系统的送端拓扑结构，由于可以实现低电压等级的换流站来接续高电压等级的换流站，因而也可以应用于分阶段投产的电源接入直流输电系统。
[0056]
本发明还提供了一种包括本技术中任意一实施例提供的送端拓扑结构的直流输电系统。
[0057]
此外，本技术还提供了一种直流输电系统的接续方法，如图4所示，其为所述接续方法的流程示意图。在本实施例中，接续方法包括：
[0058]
步骤1：确定直流输电系统的接续电源。
[0059]
例如根据直流输电系统中已有送端换流站的位置选择相对近距离的可利用的电站作为接续电源。
[0060]
步骤2：新建电压等级小于直流输电系统中已有送端换流的电压等级的的接续换流站。
[0061]
由于新建的接续换流站的目的是为了使接续电源接续到已有的直流输电系统中，一般其离现有换流站的距离不算太远，且接续电源通常为比较小的电源，因此一般电压等级相对特高压直流输电的电压等级较小的高压直流输电换流站即可。例如已经送端换流站为
±
800kv特高压换流站，则接续换流站为
±
400kv即可，则在已有送端换流站为四阀组双极型特高压换流站时，这里可以新建双阀组双极型的高压直流换流站。
[0062]
步骤3：将所述接续换流站的正极输出端连接到所述已有送端换流站中两个相连正极阀组之间的，将所新建接续换流站的负极输出端连接到已有送端换流站中对应的两个相连负极阀组之间。
[0063]
此步需要结合新建接续换流站的电压等级、已有换流站的电压等级及结构来确定
接续换流站与已有送端换流站的连接关系，具体可参考上述实施例中所描述的。
[0064]
步骤4：所述接续电源的电能通过接续换流站传输至已有送端换流站，再通过已有送端换流站传输至直流输电系统的受端换流站。
[0065]
进一步的，步骤4包括：当已有送端换流站对应的已有送端电源电力充足时，由已有送端电源通过已有送端换流站变换换后传输至所述受端；当已有送端电源的电力不足时，接续电源通过接续换流站变换传输至已有送端换流站，再通过已有送端换流站传输至受端换流站。
[0066]
依据本技术提供的直流输电系统的接续方法，使新建的低电压等级的接续换流站并联在已有送端换流站的两个阀组连接节点之间，从而可以使小电源通过低电压等级的换流站接续到高电压等级的换流站所在输电系统中，小电源的接续无需采用高成本的高电压等级换流站来实现接续，可有效的降低了接续成本。
[0067]
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0068]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0069]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。