多端直流输电系统换流站接线及控制方法、设备和介质与流程

1.本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种多端直流输电系统换流站接线及控制方法、设备和介质。


背景技术：

2.随着电力科学技术的发展，并联常规直流输电系统一般需要具备多种运行要求，且在某些运行方式下需要改变其中某些换流站的功率方向，对于两端直流输电系统，如图1所示，两个换流站的换流阀电流方向固定不变，可通过改变极线的电压极性来改变换流站的整流、逆变状态，灵活调整功率方向。
3.但是，对于多端直流输电系统，在换流阀电流方向不变的情况下，现有的换流器正负极直接连接极线的接线方式无法以多种组合方式灵活调整各换流站的功率方向、满足所有运行方式要求，如图2所示，在三端直流输电系统中，只能实现站a和站b或其中之一送电给站c；或者在极线电压反向的情况下，站c送电给站a和站b或其中之一；而无法实现站a送电给站b或站b和站c、站b送电给站a或站a和站c，也就是说，两个换流阀电流方向相同的换流站无法实现功率互送。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种多端直流输电系统换流站接线及控制方法、设备和介质，解决的技术问题是，对于多端直流输电系统，现有的接线方式无法以多种组合方式灵活调整各换流站的功率方向、满足所有运行方式要求。
5.为解决以上技术问题，本发明提供了一种多端直流输电系统换流站接线及控制方法、设备和介质。
6.第一方面，本发明提供了一种多端直流输电系统换流站接线，包括直流线路汇集换流站，所述直流线路汇集换流站包括第一金属回线转换开关、第一大地回线转换开关、第一至第六隔离开关、第一至第六直流并列开关；
7.其中，双极系统中包含正极换流阀和负极换流阀，正极换流阀的高压侧出线是正极母线，负极换流阀的高压侧出线是负极母线，正、负极换流阀的低压侧出线是中性母线；
8.正极母线上串联第一直流并列开关，第一直流并列开关的第一端与正极换流阀的高压侧连接，第一直流并列开关第二端与第一隔离开关的第一端和第二隔离开关的第一端连接；
9.负极母线上串联第二直流并列开关，第二直流并列开关的第一端与负极换流阀的高压侧连接，第二直流并列开关第二端与第三隔离开关的第一端和第四隔离开关的第一端连接；
10.第三直流并列开关的第二端和第一换流站的正极通过直流线路相连，第四直流并列开关的第二端和第三换流站的正极通过直流线路相连，第五直流并列开关的第二端和第一换流站的负极通过直流线路相连，第六直流并列开关的第二端和第三换流站的负极通过
直流线路相连；
11.第一隔离开关的第二端与第三隔离开关的第二端和第五隔离开关的第一端连接，第二隔离开关的第二端与第四隔离开关的第二端和第六隔离开关的第一端连接；
12.第二隔离开关的第二端与第三直流并列开关的第一端和第五直流并列开关的第一端连接；
13.第三隔离开关的第二端与第四直流并列开关的第一端和第六直流并列开关的第一端连接。
14.在进一步的实施方案中，第一大地回线转换开关的第一端和换流阀的低压侧相连，第二端与第五隔离开关的第二端和第六隔离开关的第二端连接；
15.第一金属回线转换开关的第一端和换流阀的低压侧连接，第二端与接地极出线连接。
16.在进一步的实施方案中，所述第一金属回线转换开关用于控制所述直流输电系统从单极大地回线运行方式转换为单极金属回线运行方式；
17.所述第一大地回线转换开关用于控制所述直流输电系统从单极金属回线运行方式转换为单极大地回线运行方式。
18.在进一步的实施方案中，还包括与所述直流线路汇集换流站连接的直流换流站；
19.其中，至少一个所述直流换流站设置有第二金属回线转换开关和第二大地回线转换开关。
20.在进一步的实施方案中，所述第二金属回线转换开关的一端与所述第二大地回线转换开关的一端连接，所述第二金属回线转换开关的另一端与接地极线连接；
21.所述第二金属回线转换开关用于控制所述直流输电系统从单极大地回线运行方式转换为单极金属回线运行方式；
22.所述第二大地回线转换开关用于控制所述直流输电系统从单极金属回线运行方式转换为单极大地回线运行方式。
23.第二方面，本发明提供了一种多端直流输电系统换流站接线控制方法，应用于上述的多端直流输电系统换流站接线，所述方法包括：
24.接收直流换流站的运行方式信号，并根据所述运行方式信号，通过控制开关状态，控制调整直流换流站在双极运行方式下的整流状态和逆变状态；
25.当所述直流换流站需要以整流状态双极运行时，控制第二隔离开关、第三隔离开关闭合，并控制第一隔离开关、第四隔离开关断开，以使所述直流换流站处于整流状态；
26.当所述直流换流站需要以逆变状态双极运行时，控制第一隔离开关、第四隔离开关闭合，并控制第二隔离开关、第三隔离开关断开，以使所述直流换流站处于逆变状态。
27.在进一步的实施方案中，所述方法还包括：
28.接收直流输电系统的运行方式信号，并根据所述运行方式信号，通过控制开关状态，控制切换直流输电系统的单极运行方式；
29.若所述运行方式信号为整流状态正极性单极金属回线运行，则控制第二隔离开关、第五隔离开关以及第一大地回线转换开关闭合，并控制第一隔离开关、第三隔离开关、第四隔离开关、第六隔离开关以及第一金属回线转换开关断开；
30.若所述运行方式信号为整流状态负极性单极金属回线运行，则控制第三隔离开
关、第六隔离开关以及第一大地回线转换开关闭合，并控制第一隔离开关、第二隔离开关、第四隔离开关、第五隔离开关以及第一金属回线转换开关断开；
31.若所述运行方式信号为逆变状态正极性单极金属回线运行，则控制第一隔离开关、第六隔离开关以及第一大地回线转换开关闭合，并控制第二隔离开关、第三隔离开关、第四隔离开关、第五隔离开关以及第一金属回线转换开关断开；
32.若所述运行方式信号为逆变状态负极性单极金属回线运行，则控制第四隔离开关、第五隔离开关以及第一大地回线转换开关闭合，并控制第一隔离开关、第二隔离开关、第三隔离开关、第六隔离开关以及第一金属回线转换开关断开。
33.在进一步的实施方案中，若所述运行方式信号为整流状态正极性单极大地回线运行，则控制第二隔离开关以及第一金属回线转换开关闭合，并控制第一隔离开关、第三隔离开关、第四隔离开关、第五隔离开关、第六隔离开关以及第一大地回线转换开关断开；
34.若所述运行方式信号为整流状态负极性单极大地回线运行，则控制第三隔离开关以及第一金属回线转换开关闭合，并控制第一隔离开关、第二隔离开关、第四隔离开关、第五隔离开关、第六隔离开关以及第一大地回线转换开关断开；
35.若所述运行方式信号为逆变状态正极性单极大地回线运行，则控制第一隔离开关以及第一金属回线转换开关闭合，并控制第二隔离开关、第三隔离开关、第四隔离开关、第五隔离开关、第六隔离开关以及第一大地回线转换开关断开；
36.若所述运行方式信号为逆变状态负极性单极大地回线运行，则控制第四隔离开关以及第一金属回线转换开关闭合，并控制第一隔离开关、第二隔离开关、第三隔离开关、第五隔离开关、第六隔离开关以及第一大地回线转换开关断开。
37.第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相连，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述计算机设备执行实现上述方法的步骤。
38.第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
39.本发明提供的一种多端直流输电系统换流站接线及控制方法、设备和介质，通过设置直流线路汇集换流站中的直流并列开关，实现了直流输电系统不同换流站的运行组合方式，通过设置的隔离开关，实现了对换流站整流状态和逆变状态的调整，同时通过设置的单极金属转换开关和单极大地转换开关，实现了单极大地运行方式和单极金属回线运行方式；本发明提供的接线方式能够满足灵活的运行方式转换，可以独立调节换流站的功率方向，且具有结构简单、可靠性高的特点。
附图说明
40.图1是本发明背景技术提供的两端直流输电系统换流站功率方向和对应极性示意图；
41.图2是本发明背景技术提供的三端直流输电系统换流站功率方向和对应极性示意图；
42.图3是本发明实施例提供的一种多端直流输电系统换流站接线示意图；
43.图4是本发明实施例提供的直流线路汇集换流站电路示意图；
44.图5是本发明实施例提供的整流、逆变状态的双极运行接线示意图；
45.图6是本发明实施例提供的整流状态的单极金属运行接线示意图；
46.图7是本发明实施例提供的逆变状态的单极金属运行接线示意图；
47.图8是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
48.下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
49.本发明实施例提供了一种多端直流输电系统换流站接线，可应用于直流输电系统，在本实施例中，所述直流输电系统包括两端直流输电系统或者多端直流输电系统，所述多端直流输电系统由三个或三个以上的换流站及连接换流站之间的高压直流输电线路组成，在本实施例中，所述多端直流输电系统包括直流线路汇集换流站以及若干与所述直流线路汇集换流站连接的直流换流站，在本实施例中，所述直流线路汇集换流站包括第一金属回线转换开关、第一大地回线转换开关、第一至第六隔离开关、第一至第六直流并列开关；在若干与所述直流线路汇集换流站连接的直流换流站中，至少有一个所述直流换流站设置有第二金属回线转换开关和第二大地回线转换开关。
50.为了便于理解，本发明实施例以包含三个直流换流站的三端直流输电系统为例进行说明，如图3所示，三个直流换流站分别为第一换流站1、第二换流站2以及第三换流站3，其中，本实施例将第二换流站2作为待独立转换功率方向的直流线路汇集换流站，所述第一换流站1和第三换流站3通过直流线路与所述第二换流站2连接。
51.在一个实施例中，所述第一换流站1包括第二金属回线转换开关mrtb2、第二大地回线转换开关ertb2以及第一接地极线，所述第二金属回线转换开关的一端与所述第二大地回线转换开关的一端连接在换流阀低压侧，所述第二金属回线转换开关的另一端与所述第一接地极线连接，所述第二大地回线转换开关的另一端与金属回线连接；如图3所示，本实施例在换流站直流线路间设置两条金属回线。
52.在一个实施例中，如图4所示，所述第二换流站2包括第一金属回线转换开关mrtb1、第一大地回线转换开关ertb1、第一隔离开关k1、第二隔离开关k2、第三隔离开关k3、第四隔离开关k4、第五隔离开关k5、第六隔离开关k6、第一直流并列开关hss
21
、第二直流并列开关hss
22
、第三直流并列开关hss
11
、第四直流并列开关hss
12
、第五直流并列开关hss
31
、第六直流并列开关hss
32
。
53.在双极系统中，一极是正极，一极是负极，正极换流阀和负极换流阀之间引出线是中性母线。正极引出线是正极母线，负极引出线是负极母线，其中，双极系统中包含正极换流阀和负极换流阀，正极换流阀的高压侧出线是正极母线，负极换流阀的高压侧出线是负极母线，正、负极换流阀的低压侧出线是中性母线。
54.正极母线上串联第一直流并列开关hss
21
，第一直流并列开关hss
21
的第一端与正极换流阀的高压侧连接，第一直流并列开关hss
21
第二端与第一隔离开关k1的第一端和第二隔离开关k2的第一端连接。
55.负极母线上串联第二直流并列开关hss
22
，第二直流并列开关hss
22
的第一端与负
极换流阀的高压侧连接，第二直流并列开关hss
22
第二端与第三隔离开关k3的第一端和第四隔离开关k4的第一端连接。
56.第三直流并列开关hss
11
的第二端和第一换流站的正极通过直流线路相连。
57.第四直流并列开关hss
12
的第二端和第三换流站的正极通过直流线路相连。
58.第五直流并列开关hss
31
的第二端和第一换流站的负极通过直流线路相连。
59.第六直流并列开关hss
32
的第二端和第三换流站的负极通过直流线路相连。
60.第一隔离开关k1的第二端与第三隔离开关k3的第二端和第五隔离开关k5的第一端连接，第二隔离开关k2的第二端与第四隔离开关k4的第二端和第六隔离开关k6的第一端连接。
61.第二隔离开关k2的第二端与第三直流并列开关hss
11
的第一端和第五直流并列开关hss
31
的第一端连接。
62.第三隔离开关k3的第二端与第四直流并列开关hss
12
的第一端和第六直流并列开关hss
32
的第一端连接。
63.在本实施例中，所述第一直流并列开关hss
21
和第二直流并列开关hss
22
是第二换流站中两直流极母线上串联的开关；所述第三直流并列开关hss
11
、第四直流并列开关hss
12
是第二换流站至第一换流站两直流线路出线上串联的开关；所述第五直流并列开关hss
31
、第六直流并列开关hss
32
是第二换流站至第三换流站两直流线路出线上串联的开关，本实施例通过闭合运行站对应的直流并列开关、断开退出站和退出线路对应的直流并列开关，实现直流系统的第三站投退及直流线路故障隔离，从而满足并联多端直流输电系统灵活运行的需求，实现直流输电系统不同换流站的运行组合方式；需要说明的是，在本实施例中，所述第二换流站作为直流线路汇集换流站，当其在运行时，所述第一直流并列开关hss
21
和第二直流并列开关hss
22
为闭合状态。
64.需要说明的是，在另一实施例中，本实施例可以是以第一换流站和第三换流站两站运行状态，此时第一和第二直流并列开关打开，其余第三、第四、第五、第六直流并列开关闭合。
65.在一个实施例中，第一大地回线转换开关ertb1的第一端和换流阀的低压侧相连，第二端与第五隔离开关k5的第二端和第六隔离开关k6的第二端连接。
66.第一金属回线转换开关mrtb1的第一端和换流阀的低压侧连接，第二端与接地极出线连接。
67.在本实施例中，所述第一金属回线转换开关mrtb1用于控制所述直流输电系统从单极大地回线运行方式转换为单极金属回线运行方式；所述第一大地回线转换开关ertb1用于控制所述直流输电系统从单极金属回线运行方式转换为单极大地回线运行方式。
68.本实施例在换流站直流线路间设置两条金属回线，在金属回线上分别设置第一隔离开关k1、第二隔离开关k2、第三隔离开关k3、以及第四隔离开关k4，以通过设置不同的隔离开关状态，改变换流站在整个直流输电系统中的整流和逆变状态；同时，本实施例在第一大地回线转换开关ertb1至两条金属回线间设置第五隔离开关k5以及第六隔离开关k6，以通过设置第一金属回线转换开关mrtb1、第一大地回线转换开关ertb1以及第一至第六隔离开关的不同开关状态，实现不同运行状态的单极运行方式。
69.需要说明的是，当所述直流输电系统为多端直流输电系统时，本实施例将根据具
体运行方式在多个换流站设置金属回线转换开关和大地回线转换开关，比如：在三端直流输电系统中，若仅在第一换流站设置第二金属回线转换开关和第二大地回线转换开关，则在第二换流站和第三换流站运行方式下，无法实现单极金属和单极大地的运行方式转换。
70.相比于现有技术，本实施例提供的一种多端直流输电系统换流站接线通过在直流线路汇集换流站设置直流并列开关的不同开关状态，实现了直流输电系统不同换流站的运行组合方式；通过设置隔离开关、金属回线转换开关以及大地回线转换开关的开关状态，实现了不同运行状态的单极运行方式。
71.需要说明的是，本实施例也可以实现不同状态的双极运行方式，如双极整流、双极逆变，此处不再赘述；本发明实施例实现的换流站接线能够满足多端常规直流输电系统任意运行方式的组合，调节方式更灵活。
72.在一个实施例中，本实施例提供了一种多端直流输电系统换流站接线控制方法，应用于上述一种多端直流输电系统换流站接线，所述方法包括：
73.接收直流换流站的运行方式信号，并根据所述运行方式信号，通过控制开关状态，控制调整直流换流站在双极运行方式下的整流状态和逆变状态；
74.为了便于理解，本实施例以双极运行方式为例，同时假设上极线为正极、下极线为负极，在本实施例中，如图5(a)所示，当所述直流换流站需要以整流状态双极运行时，控制所述第二隔离开关k2、所述第三隔离开关k3闭合，并控制所述第一隔离开关k1、所述第四隔离开关k4断开，此时，第二换流站的电流方向从负极流入站内，从正极流出，属于送出功率的整流状态；如图5(b)所示，当所述直流换流站需要以逆变状态双极运行时，控制所述第一隔离开关k1、所述第四隔离开关k4闭合，并控制所述第二隔离开关k2、所述第三隔离开关k3断开，此时，第二换流站的电流方向从正极流入站内，从负极流出，属于吸收功率的逆变状态。
75.在一个实施例中，该方法还包括接收直流输电系统的运行方式信号，并根据所述运行方式信号，通过控制开关状态，控制切换直流输电系统的单极运行方式；
76.如图6(a)所示，当控制第二隔离开关k2、第五隔离开关k5以及第一大地回线转换开关ertb1闭合，同时控制第一隔离开关k1、第三隔离开关k3、第四隔离开关k4、第六隔离开关k6以及第一金属回线转换开关mrtb1断开时，所述第二换流站以整流状态正极性单极金属回线运行；如图6(b)所示，当控制第三隔离开关k3、第六隔离开关k6以及第一大地回线转换开关ertb1闭合，同时控制第一隔离开关k1、第二隔离开关k2、第四隔离开关k4、第五隔离开关k5以及第一金属回线转换开关mrtb1断开时，所述第二换流站以整流状态负极性单极金属回线运行。
77.在一个实施例中，如图7(a)所示，当控制第一隔离开关k1、第六隔离开关k6以及第一大地回线转换开关ertb1闭合，同时控制第二隔离开关k2、第三隔离开关k3、第四隔离开关k4、第五隔离开关k5以及第一金属回线转换开关mrtb1断开时，所述第二换流站以逆变状态正极性单极金属回线运行；如图7(b)所示，当控制第四隔离开关k4、第五隔离开关k5以及第一大地回线转换开关ertb1闭合，同时控制第一隔离开关k1、第二隔离开关k2、第三隔离开关k3、第六隔离开关k6以及第一金属回线转换开关mrtb1断开时，所述第二换流站以逆变状态负极性单极金属回线运行。
78.在一个实施例中，当控制第二隔离开关k2以及第一金属回线转换开关mrtb1闭合，
同时控制第一隔离开关k1、第三隔离开关k3、第四隔离开关k4、第五隔离开关k5、第六隔离开关k6以及第一大地回线转换开关ertb1断开时，所述第二换流站以整流状态正极性单极大地回线运行；当控制第三隔离开关k3以及第一金属回线转换开关mrtb1闭合，同时控制第一隔离开关k1、第二隔离开关k2、第四隔离开关k4、第五隔离开关k5、第六隔离开关k6以及第一大地回线转换开关ertb1断开时，所述第二换流站以整流状态负极性单极大地回线运行。
79.在一个实施例中，当控制第一隔离开关k1以及第一金属回线转换开关mrtb1闭合，同时控制第二隔离开关k2、第三隔离开关k3、第四隔离开关k4、第五隔离开关k5、第六隔离开关k6以及第一大地回线转换开关ertb1断开时，所述第二换流站以逆变状态正极性单极大地回线运行；当控制第四隔离开关k4以及第一金属回线转换开关mrtb1闭合，同时控制第一隔离开关k1、第二隔离开关k2、第三隔离开关k3、第五隔离开关k5、第六隔离开关k6以及第一大地回线转换开关ertb1断开时，所述第二换流站以逆变状态负极性单极大地回线运行。
80.需要说明的是，本发明不局限于双极运行方式，本领域技术人员可根据具体实施情况设置相应的开关闭合或者断开，从而实现功率转换等。
81.关于一种多端直流输电系统换流站接线控制方法的具体限定可以参见上述对一种多端直流输电系统换流站接线的限定，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以意识到，结合本技术所公开的实施例描述的各个模块和步骤，能够以硬件、软件或者两者结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
82.图8是本发明实施例提供的一种计算机设备，包括存储器、处理器和收发器，它们之间通过总线连接；存储器用于存储一组计算机程序指令和数据，并可以将存储的数据传输给处理器，处理器可以执行存储器存储的程序指令，以执行上述方法的步骤。
83.其中，存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者；处理器可以是中央处理器、微处理器、特定应用集成电路、可编程逻辑器件或其组合。通过示例性但不是限制性说明，上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件、现场可编程逻辑门阵列、通用阵列逻辑或其任意组合。
84.另外，存储器可以是物理上独立的单元，也可以与处理器集成在一起。
85.本领域普通技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有相同的部件布置。
86.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
87.本发明实施例提供的一种多端直流输电系统换流站接线及控制方法、设备、介质，不仅可以独立调节其中一换流站的功率方向，实现多种运行方式灵活调节，同时可以保证在转换运行方式时，多端直流输电系统能够安全稳定地运行，本实施例通过设置隔离开关、单极金属转换开关和单极大地转换开关，实现了换流阀电流方向相同的换流站的功率互送，本实施例提供的控制方法能够方便地对不同运行方式下的系统进行控制，从而快速获取不同运行方式下的输电系统，极大地提高了运行方式切换和工作效率，且安全性高。
88.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如ssd)等。
89.本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
90.以上所述实施例仅表达了本技术的几种优选实施方式，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，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。