ЦЕПЬ, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОТОЧНОГО ВВОДА ГРУППЫ ВЕНТИЛЕЙ ГИБРИДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
CIRCUIT, METHOD AND DEVICE FOR IN-LINE INPUT OF GROUP OF VALVES OF HYBRID DC CONVERTER

Область техники
Настоящее изобретение относится к области гибридной передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC), использующей преобразователи источников напряжения (VSC), и передаче HVDC, использующей преобразователи с линейной коммутацией (LCC), и, в частности, к цепи, способу и устройству для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока.
Предпосылки изобретения
Преимущества передачи HVDC на основе тиристорного источника тока заключаются в том, что потери преобразователя малы, и система постоянного тока может быть повторно запущена посредством сдвига фазы, когда в линии постоянного тока имеется неисправность, и она имеет недостатки, связанные с тем, что преобразователь на стороне инвертора работает в активной инверсии и не может быть соединен с пассивной системой; может произойти нарушение коммутации, если возникнут помехи на стороне инвертора после получения доступа к слабой системе переменного тока; и потребление реактивной мощности является высоким, напряжение и содержание гармоники тока являются высокими, и существует необходимость установить фильтрующее устройство для обеспечения реактивной мощности и фильтрации. Передача постоянного тока высокого напряжения с использованием преобразователя источника напряжения (VSC-HVDC) имеет преимущества, заключающиеся в высокой степени управляемости, доступе к пассивной системе и отсутствии необходимости в устройстве компенсации реактивной мощности, и имеет недостатки, заключающиеся в том, что преобразователь испытывает большие потери при переключении, и модульный многоуровневый преобразователь с полумостовой структурой не может контролировать аварийный ток, когда на стороне постоянного тока имеется неисправность, и после возникновения неисправности она может быть устранена только посредством отключения прерывателя цепи на стороне переменного тока.
Чтобы устранить неисправность на стороне постоянного тока, компания ABB применяет прерыватель цепи постоянного тока с дополнительными линиями постоянного тока, но прерыватель цепи постоянного тока стоит дорого, и существует необходимость проверки надежности; компания Siemens AG устраняет ее посредством применения модульного многоуровневого преобразователя со структурой мостовой цепи, но преобразователь структуры мостовой цепи испытывает большие потери; компания Alstom устраняет ее посредством применения мостовой цепи и последовательного соединения плеча моста с устройством силового электронного переключателя, но существует необходимость проверки надежности; в Чжэцзянском университете ее устраняют посредством последовательного соединения диода с основным контуром, но диод не участвует в преобразовании мощности, что вызывает потери; и компания NR Electric Co., Ltd. применяет гибридный преобразователь постоянного тока с перемыкающей ветвью, в которой преобразователь с линейной коммутацией и преобразователь источника напряжения последовательно соединены, причем преобразователь источника напряжения применяет только модульный многоуровневый преобразователь с полумостовой структурой цепи, преобразователь с линейной коммутацией может естественным образом блокировать аварийный ток на стороне постоянного тока, и перемыкающая ветвь может надежно защищать преобразователь источника напряжения, но диапазон регулировки напряжения постоянного тока преобразователя источника напряжения, принадлежащего гибридному преобразователю постоянного тока, ограничен. В отличие от преобразователя с линейной коммутацией, преобразователь источника напряжения не может отрегулировать напряжение до нуля для достижения поточного ввода. Если преобразователь источника напряжения отключается из-за неисправности или технического обслуживания, гибридный преобразователь постоянного тока необходимо остановить или снова запустить его работу только тогда, когда постоянный ток доводят до нуля, что влияет на стабильную работу на мощности системы передачи постоянного тока.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление цепи для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока для осуществления последовательно-параллельного преобразования преобразователя источника напряжения и преобразователя источника тока посредством работающих переключателей поля постоянного тока, предоставление способа поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока для осуществления поточного ввода преобразователя источника напряжения посредством регулировки напряжения и мощности постоянного тока и работы переключателей поля постоянного тока, и предоставление устройства для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока для управления цепью для поточного ввода группы вентилей.
Для достижения вышеупомянутой цели настоящее изобретение применяет следующее техническое решение: цепь для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока для поточного ввода преобразователя источника напряжения гибридного преобразователя постоянного тока, в которой, если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей нижнего уровня, цепь для поточного ввода группы вентилей по меньшей мере содержит соединительный линейный переключатель группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения, переключатель шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения, обходной переключатель блока группы вентилей типа источника напряжения и обходной переключатель блока группы вентилей типа источника тока; и, если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей высшего уровня, цепь для поточного ввода группы вентилей по меньшей мере содержит соединительный линейный переключатель группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения, переключатель нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения, обходной переключатель блока группы вентилей типа источника напряжения и обходной переключатель блока группы вентилей типа источника тока.
Соединительный линейный переключатель группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения соединен с преобразователем источника напряжения блока группы вентилей типа источника напряжения и блока группы вентилей типа источника тока; переключатель шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения соединен с преобразователем источника напряжения блока группы вентилей типа источника напряжения и шиной постоянного тока; обходной переключатель блока группы вентилей типа источника напряжения соединен с положительным электродом и отрицательным электродом преобразователя источника напряжения блока группы вентилей типа источника напряжения; обходной переключатель блока группы вентилей типа источника тока соединен с анодом и катодом преобразователя с линейной коммутацией блока группы вентилей типа источника тока; и переключатель нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения соединен с преобразователем источника напряжения блока группы вентилей типа источника напряжения и нулевой шиной.
Гибридный преобразователь передачи HVDC состоит из блока группы вентилей типа источника тока и блока группы вентилей типа источника напряжения, соединенных последовательно, и имеет четыре последовательных общих схемы соединений:
(1) катод блока группы вентилей типа источника тока соединен с отрицательным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения; или
(2) анод блока группы вентилей типа источника тока соединен с положительным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения; или
(3) катод блока группы вентилей типа источника тока соединен с положительным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения; или
(4) анод блока группы вентилей типа источника тока соединен с отрицательным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения;
причем блок группы вентилей типа источника тока применяет преобразователь с линейной коммутацией, а блок группы вентилей типа источника напряжения применяет один преобразователь источника напряжения или множество преобразователей источника напряжения, соединенных параллельно.
Если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей нижнего уровня, блок группы вентилей типа источника напряжения находится ближе к нулевой шине; и, если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей высшего уровня, блок группы вентилей типа источника напряжения находится ближе к шине постоянного тока.
Если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей нижнего уровня, переключатель шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения применяет прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, или группа диодных вентилей, способная прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, последовательно соединена между переключателем шины постоянного тока и преобразователем источника напряжения блока группы вентилей типа источника напряжения, принадлежащего гибридному преобразователю постоянного тока, и катод группы диодных вентилей и положительный электрод преобразователя источника напряжения представляют собой общие концы соединения; и, если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей высшего уровня, переключатель нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения применяет прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, или группа диодных вентилей, способная прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, последовательно соединена между переключателем нулевой шины и преобразователем источника напряжения блока группы вентилей типа источника напряжения, принадлежащего гибридному преобразователю постоянного тока, и анод группы диодных вентилей и отрицательный электрод преобразователя источника напряжения представляют собой общие концы соединения.
Блок группы вентилей типа источника тока применяет преобразователь с линейной коммутацией и содержит преобразователь с линейной коммутацией и обходной переключатель в сборе; преобразователь с линейной коммутацией параллельно соединен с обходным переключателем; и два конца блока группы вентилей типа источника тока, соединенные параллельно, соответственно соединены с одним концом переключателя обрыва, а другой конец переключателя обрыва соединен параллельно с обходным переключателем.
Блок группы вентилей типа источника напряжения применяет преобразователь источника напряжения и содержит преобразователь источника напряжения, токоограничивающий реактор, обходную группу тиристорных вентилей и обходной переключатель в сборе; преобразователь источника напряжения последовательно соединен с токоограничивающим реактором и затем параллельно соединен с обходной группой тиристорных вентилей; два конца блока группы вентилей типа источника напряжения, соединенные параллельно, соответственно соединены с одним концом переключателя обрыва, а другой конец переключателя обрыва параллельно соединен с обходным переключателем. Необязательно, прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, последовательно соединен между преобразователем источника напряжения и токоограничивающим реактором в блоке группы вентилей типа источника напряжения.
Преобразователь с линейной коммутацией представляет собой шестиимпульсную мостовую цепь или двенадцатиимпульсную мостовую цепь, которая состоит из полууправляемых силовых полупроводников, которые не могут быть отключены. Преобразователь источника напряжения представляет собой одно или более из следующего: двухуровневый преобразователь, многоуровневый преобразователь с диодной фиксацией, модульный многоуровневый преобразователь (MMC), гибридный многоуровневый преобразователь (HMC), каскадный двухуровневый преобразователь (CSL) или сложенный двухуровневый преобразователь (CTL), который состоит из полностью управляемых силовых полупроводников, которые могут быть отключены. Полууправляемые силовые полупроводники, которые не могут быть отключены, обычно представляют собой тиристоры, которые не могут быть отключены. Полностью управляемые силовые полупроводники, которые могут быть отключены, представляет собой одно или более из следующего: биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), тиристор с интегрированным управлением (IGCT), запираемый тиристор (GTO), мощный полевой транзистор (мощный MOSFET), электронно-инжекционный транзистор с усиленным затвором (IEGT), тиристор с управляющим затвором (GCT) или улучшенный транзистор с полевым переходом на основе карбида кремния (SiC-JFET).
Настоящее изобретение также предоставляет способ поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока, применяемый к цепи для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока, включающий: подключение одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому потенциалу, когда работает только преобразователь с линейной коммутацией и необходимо запустить работу преобразователя источника напряжения; зарядку преобразователя источника напряжения; разблокировку преобразователя источника напряжения; управление напряжением преобразователя источника напряжения, чтобы оно было таким же, как и у преобразователя с линейной коммутацией; параллельное соединение преобразователя источника напряжения с двумя концами преобразователя с линейной коммутацией посредством параллельного преобразования переключателей поля постоянного тока; передачу мощности постоянного тока от преобразователя с линейной коммутацией к преобразователю источника напряжения; блокировку преобразователя с линейной коммутацией; последовательное соединение преобразователя с линейной коммутацией с преобразователем источника напряжения посредством последовательного преобразования переключателей поля постоянного тока; и поточный ввод преобразователя с линейной коммутацией.
Подключение одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому потенциалу осуществляют посредством соединения блока группы вентилей типа источника напряжения с нулевой шиной и замыкания переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Параллельное преобразование переключателей поля постоянного тока соединяет другой конец блока группы вентилей типа источника напряжения с шиной постоянного тока, и его осуществляют посредством замыкания переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения.
Последовательное преобразование переключателей поля постоянного тока происходит в двух случаях: (1) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей нижнего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения; и, (2) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей высшего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Поточный ввод преобразователя с линейной коммутацией осуществляют посредством разблокировки преобразователя с линейной коммутацией, управления постоянным током, чтобы передавать его от обходного переключателя к преобразователю с линейной коммутацией, и размыкания обходного переключателя для увеличения напряжения постоянного тока.
Настоящее изобретение также предоставляет устройство для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока, применяемое к цепи для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока, содержащее блок обнаружения и блок управления, при этом:
блок обнаружения выполнен с возможностью обнаружения напряжения постоянного тока, постоянного тока, сигнала разблокировки, сигнала блокировки и сигнала работы блока группы вентилей типа источника напряжения, обнаружения напряжения постоянного тока, постоянного тока, сигнала разблокировки, сигнала блокировки и сигнала работы блока группы вентилей типа источника тока и обнаружения положений переключателей поля постоянного тока, блока группы вентилей типа источника напряжения и блока группы вентилей типа источника тока; и
блок управления выполнен с возможностью подключения одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому потенциалу при приеме команды оператора о запуске работы преобразователя источника напряжения в случае, когда преобразователь с линейной коммутацией имеет сигнал разблокировки и сигнал работы, а преобразователь источника напряжения имеет сигнал блокировки; зарядки преобразователя источника напряжения; разблокировки преобразователя источника напряжения; управления напряжением преобразователя источника напряжения, чтобы оно было таким же, как и у преобразователя с линейной коммутацией; параллельного соединения преобразователя источника напряжения с двумя концами преобразователя с линейной коммутацией посредством параллельного преобразования переключателей поля постоянного тока; передачи мощности постоянного тока от преобразователя с линейной коммутацией к преобразователю источника напряжения; блокировки преобразователя с линейной коммутацией; последовательного соединения преобразователя с линейной коммутацией с преобразователем источника напряжения посредством последовательного преобразования переключателей поля постоянного тока и поточного ввода преобразователя с линейной коммутацией.
Подключение одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому напряжению соединяет блок группы вентилей типа источника напряжения с нулевой шиной, и его осуществляют посредством замыкания переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Параллельное преобразование переключателей поля постоянного тока в блоке управления соединяет другой конец блока группы вентилей типа источника напряжения с шиной постоянного тока, и его осуществляют посредством замыкания переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения.
Последовательное преобразование переключателей поля постоянного тока происходит в двух случаях: (1) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей нижнего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения; и, (2) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей высшего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Поточный ввод преобразователя с линейной коммутацией осуществляют посредством разблокировки преобразователя с линейной коммутацией, управления постоянным током, чтобы передавать его от обходного переключателя к преобразователю с линейной коммутацией, и размыкания обходного переключателя для увеличения напряжения постоянного тока.
Настоящее изобретение имеет положительный эффект: предоставлены цепь, способ и устройство для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока. Плавный поточный ввод преобразователя источника напряжения осуществляют посредством параллельного соединения преобразователя источника напряжения с двумя концами преобразователя с линейной коммутацией, передачи мощности преобразователя с линейной коммутацией на преобразователь источника напряжения, и затем последовательного соединения преобразователя с линейной коммутацией с преобразователем источника напряжения и запуска работы преобразователя с линейной коммутацией таким образом, чтобы обеспечить стабильную работу на мощности системы передачи HVDC.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 показаны четыре общие схемы соединений, на которых блок группы вентилей типа источника тока соединен с блоком группы вентилей типа источника напряжения;
на фиг. 2 показаны четыре стандартные общие схемы соединений, на которых блок группы вентилей типа источника тока соединен с блоком группы вентилей типа источника напряжения;
на фиг. 3 показано устройство передачи HVDC, состоящее из четырех общих схем соединений гибридного преобразователя постоянного тока, причем группа вентилей нижнего уровня состоит из преобразователей источника напряжения;
на фиг. 4 показано устройство передачи HVDC, состоящее из четырех общих схем соединений гибридного преобразователя постоянного тока, причем группа вентилей высшего уровня состоит из преобразователей источника напряжения;
на фиг. 5 показано устройство передачи HVDC, состоящее из обычного преобразователя с линейной коммутацией на стороне выпрямителя и двух гибридных преобразователей постоянного тока на стороне инвертора;
на фиг. 6 показан способ поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 7 показано устройство для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока согласно настоящему изобретению.
Подробное описание
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на следующие графические материалы, и одинаковые компоненты пронумерованы одинаковыми ссылочными позициями. На фиг. 1 показаны четыре общие схемы соединений, на которых блок группы вентилей типа источника тока соединен с блоком группы вентилей типа источника напряжения согласно настоящему изобретению. На фиг. 1(a) показана общая схема соединений, на которой катод X1 блока группы вентилей типа источника тока соединен с отрицательным электродом X4 блока группы вентилей типа источника напряжения. На фиг. 1(b) показана общая схема соединений, на которой анод X2 блока группы вентилей типа источника тока соединен с положительным электродом X3 блока группы вентилей типа источника напряжения. На фиг. 1(c) показана общая схема соединений, на которой катод X1 блока группы вентилей типа источника тока соединен с положительным электродом X3 блока группы вентилей типа источника напряжения. На фиг. 1(d) показана общая схема соединений, на которой анод X2 блока группы вентилей типа источника тока соединен с отрицательным электродом X4 блока группы вентилей типа источника напряжения.
На фиг. 2 показаны четыре общие схемы соединений, на которых предпочтительный блок группы вентилей типа источника тока соединен с блоком группы вентилей типа источника напряжения согласно настоящему изобретению. На фиг. 2(a) показана общая схема соединений, на которой катод предпочтительного блока группы вентилей типа источника тока соединен с отрицательным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения. На фиг. 2(b) показана общая схема соединений, на которой анод предпочтительного блока группы вентилей типа источника тока соединен с положительным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения. На фиг. 2(c) показана общая схема соединений, на которой катод предпочтительного блока группы вентилей типа источника тока соединен с положительным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения. На фиг. 2(d) показана общая схема соединений, на которой анод предпочтительного блока группы вентилей типа источника тока соединен с отрицательным электродом блока группы вентилей типа источника напряжения. Блок группы вентилей типа источника тока содержит преобразователь 1 с линейной коммутацией и обходной переключатель в сборе. Преобразователь 1 с линейной коммутацией параллельно соединен с обходным переключателем 3. Два конца блока группы вентилей типа источника тока, соединенные параллельно, соответственно соединены с одним концом переключателя 5, 6 обрыва, и другой конец переключателя 5, 6 обрыва параллельно соединен с обходным 4 переключателем. Блок группы вентилей типа источника напряжения содержит преобразователь 2 источника напряжения и обходной переключатель в сборе. Преобразователь 2 источника напряжения последовательно соединен с токоограничивающим реактором 11, а затем параллельно соединен с обходным электронным переключателем 7 мощности. Два конца блока группы вентилей типа источника напряжения, параллельно соединенные, соответственно соединены с одним концом соединительного линейного переключателя 9 группы вентилей и одним концом переключателя 10 шины, а другой конец соединительного линейного переключателя 9 группы вентилей и другой конец переключателя 10 шины параллельно соединены с обходным переключателем 8. Чтобы соответствовать емкости преобразователя 1 с линейной коммутацией, преобразователь 2 источника напряжения представляет собой преобразователь или множество преобразователей, соединенных параллельно. Необязательно, чтобы лучше подавлять аварийный ток в цепи постоянного тока, добавляют прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока между преобразователем 2 источника напряжения и токоограничивающим реактором 11.
Вариант осуществления 1
На фиг. 3 показан вариант осуществления, в котором устройство передачи HVDC состоит из четырех общих схем соединений, показанных на фиг. 2, причем группа вентилей нижнего уровня состоит из преобразователей источника напряжения, где выпрямительная подстанция 27 соединена с инверторной подстанцией 28 посредством линии 15 постоянного тока. Отрицательный преобразователь и положительный преобразователь выпрямительной подстанции 27 соответственно образованы общими схемами соединений (1)23 и (2)24, показанными на фиг. 2, и положительный преобразователь и отрицательный преобразователь инверторной подстанции 28 соответственно образованы общими схемами соединений (3)25 и (4)26. Группа 1 вентилей содержит преобразователь с линейной коммутацией, который соединен с вторичной обмоткой трансформатора 18 передачи HVDC типа источника тока на основе тиристора. Группа 2 вентилей содержит преобразователь источника напряжения, который соединен с вторичной обмоткой трансформатора 19 передачи VSC-HVDC. Следует отметить, что электрическая сеть переменного тока является трехфазной. Однако только одна фаза показана на фиг. 3 для ясности. Первичную обмотку трансформатора передачи HVDC соединяют с электрической сетью 22 переменного тока и отсоединяют от нее посредством переключателя 21 переменного тока. Если преобразователь 2 источника напряжения обеспечивает реактивную мощностью для преобразователя 1 источника тока, фильтр переменного тока конфигурируют в меньшей степени или не конфигурируют. Чтобы подавить циркулирующий ток плеча моста преобразователя источника напряжения и выброс тока при неисправности, предусмотрен реактор 20 плеча моста. Для сглаживания напряжения постоянного тока цепи постоянного тока и подавления аварийного тока в цепи постоянного тока предусмотрены сглаживающий реактор 13 и токоограничивающий реактор 11. На фиг. 3 показан провод 16 заземляющего электрода, выполненный с возможностью соединения преобразователя с заземляющим электродом. Фильтр 14 постоянного тока расположен между линией 15 постоянного тока и соединительной линией 17 блока вентилей. Соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей расположен близко к преобразователю 2 источника напряжения, и переключатель 12 шины постоянного тока соединен посредством моста между соединительным линейным переключателем 9 группы вентилей и шиной постоянного тока.
Цепь для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока используют для поточного ввода преобразователя 2 источника напряжения. Блок группы вентилей типа источника напряжения, показанный на фиг. 3, представляет собой группу вентилей нижнего уровня, и цепь для поточного ввода группы вентилей по меньшей мере содержит соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения, переключатель 12 шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения, обходной переключатель 8 блока группы вентилей типа источника напряжения и обходной переключатель 4 блока группы вентилей типа источника тока.
Когда работает только преобразователь 1 с линейной коммутацией, переключатели 5 и 6 обрыва блока группы вентилей типа источника тока находятся в замкнутом положении, а обходной переключатель 3 и обходной переключатель 4 находятся в разомкнутом положении; соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей, переключатель 10 шины и переключатель 12 шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения находятся в разомкнутом положении, обходной электронный переключатель 7 мощности находится в выключенном состоянии, и обходной переключатель 8 находится в замкнутом положении. Когда необходимо запустить работу преобразователя 2 источника напряжения, замыкают переключатель 10 шины, заряжают преобразователь 2 источника напряжения, проводят разблокировку преобразователя 2 источника напряжения, управляют напряжением преобразователя 2 источника напряжения таким образом, чтобы оно было таким же, как и у преобразователя 1 с линейной коммутацией, замыкают переключатель 12 шины постоянного тока, параллельно соединяют преобразователь 2 источника напряжения с двумя концами преобразователя 1 с линейной коммутацией, передают мощность постоянного тока от преобразователя 1 с линейной коммутацией на преобразователь 2 источника напряжения и блокируют преобразователь 1 с линейной коммутацией, и в этом случае рабочая мощность преобразователя 2 источника напряжения равна предыдущей рабочей мощности преобразователя 1 с линейной коммутацией, размыкают обходной переключатель 8, замыкают обходной переключатель 3 или обходной переключатель 4, замыкают соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей и размыкают переключатель 12 шины постоянного тока. Выпрямительная подстанция 27 и инверторная подстанция 28 могут соответственно выполнять вышеупомянутые операции для осуществления передачи мощности от преобразователя 1 с линейной коммутацией на преобразователь 2 источника напряжения. Когда все преобразователи 1 с линейной коммутацией, принадлежащие выпрямительной подстанции 27 и инверторной подстанции 28, установлены, проводят разблокировку преобразователя 1 с линейной коммутацией, управляют постоянным током для его передачи от обходного переключателя 3 или обходного переключателя 4 на преобразователь 1 с линейной коммутацией, размыкают обходной переключатель 3 или обходной переключатель 4, чтобы управлять углом запуска преобразователя 1 с линейной коммутацией и увеличивать напряжение постоянного тока для осуществления поточного ввода преобразователя 1 с линейной коммутацией, и до настоящего времени преобразователь 1 с линейной коммутацией и преобразователь 2 источника напряжения работают последовательно.
Чтобы предотвратить блокировку системы передачи постоянного тока из-за неисправности в линии постоянного тока или линии переменного тока во время параллельного соединения преобразователя 2 источника напряжения с преобразователем 1 с линейной коммутацией, необязательно устанавливают прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, между преобразователем 2 источника напряжения и токоограничивающим реактором 11, или переключатель 12 шины постоянного тока применяет прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, или группа диодных вентилей, способная прерывать обратный ток преобразователя 2 источника напряжения, последовательно соединена между переключателем 12 шины постоянного тока гибридного преобразователя постоянного тока на стороне инвертора и преобразователем 2 источника напряжения, и катод группы диодных вентилей и положительный электрод преобразователя источника напряжения представляют собой общие концы соединения. Следует отметить, что обратный ток преобразователя 2 источника напряжения в гибридном преобразователе постоянного тока на стороне инвертора течет от отрицательного электрода к положительному электроду преобразователя 2 источника напряжения.
Вариант осуществления 2
На фиг. 4 показан вариант осуществления, в котором устройство передачи HVDC состоит из четырех общих схем соединений, показанных на фиг. 2, причем группа вентилей высшего уровня состоит из преобразователей источника напряжения, где выпрямительная подстанция 27 соединена с инверторной подстанцией 28 посредством линии 15 постоянного тока. Положительный преобразователь и отрицательный преобразователь выпрямительной подстанции 27 соответственно образованы общими схемами соединений (1)23 и (2)24, показанными на фиг. 2, и отрицательный преобразователь и положительный преобразователь инверторной подстанции 28 соответственно образованы общими схемами соединений (3)25 и (4)26. Группа 1 вентилей представляет собой преобразователь с линейной коммутацией, который соединен с вторичной обмоткой трансформатора 18 передачи HVDC типа источника тока на основе тиристора. Группа 2 вентилей представляет собой преобразователь источника напряжения, который соединен с вторичной обмоткой трансформатора 19 передачи VSC-HVDC. Первичную обмотку трансформатора передачи HVDC соединяют с электрической сетью 22 переменного тока и отсоединяют от нее посредством переключателя 21 переменного тока. Если преобразователь 2 источника напряжения обеспечивает реактивную мощностью для преобразователя 1 источника тока, фильтр переменного тока конфигурируют в меньшей степени или не конфигурируют. Чтобы подавить циркулирующий ток плеча моста преобразователя источника напряжения и выброс тока при неисправности, предусмотрен реактор 20 плеча моста. Для сглаживания напряжения постоянного тока цепи постоянного тока и подавления аварийного тока в цепи постоянного тока предусмотрены сглаживающий реактор 13 и токоограничивающий реактор 11. На фиг. 4 показан провод 16 заземляющего электрода, выполненный с возможностью соединения преобразователя с заземляющим электродом. Фильтр 14 постоянного тока расположен между линией 16 постоянного тока и соединительной линией 17 блока вентилей. Соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей расположен близко к преобразователю 2 источника напряжения, и переключатель 29 нулевой шины соединен посредством моста между соединительным линейным переключателем 9 группы вентилей и нулевой шиной.
Цепь для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока используют для поточного ввода преобразователя 2 источника напряжения. Блок группы вентилей типа источника напряжения, показанный на фиг. 4, представляет собой группу вентилей высшего уровня, и цепь для поточного ввода группы вентилей по меньшей мере содержит соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения, переключатель 29 нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения, обходной переключатель 8 блока группы вентилей типа источника напряжения и обходной переключатель 4 блока группы вентилей типа источника тока.
Когда работает только преобразователь 1 с линейной коммутацией, переключатели 5 и 6 обрыва блока группы вентилей типа источника тока находятся в замкнутом положении, а обходной переключатель 3 и обходной переключатель 4 находятся в разомкнутом положении; соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей, переключатель 10 обрыва и переключатель 29 нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения находятся в разомкнутом положении, обходной электронный переключатель 7 мощности находится в выключенном состоянии, а обходной переключатель 8 находится в замкнутом положении. Когда необходимо запустить работу преобразователя 2 источника напряжения, замыкают переключатель 29 нулевой шины, заряжают преобразователь 2 источника напряжения, проводят разблокировку преобразователя 2 источника напряжения, управляют напряжением преобразователя 2 источника напряжения таким образом, чтобы оно было таким же, как и у преобразователя 1 с линейной коммутацией, замыкают переключатель 10 шины, параллельно соединяют преобразователь 2 источника напряжения с двумя концами преобразователя 1 с линейной коммутацией, передают мощность постоянного тока от преобразователя 1 с линейной коммутацией на преобразователь 2 источника напряжения и блокируют преобразователь 1 с линейной коммутацией, и в этом случае рабочая мощность преобразователя 2 источника напряжения равна предыдущей рабочей мощности преобразователя 1 с линейной коммутацией, размыкают обходной переключатель 8, замыкают обходной переключатель 3 или обходной переключатель 4, замыкают соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей и размыкают переключатель 29 нулевой шины. Выпрямительная подстанция 27 и инверторная подстанция 28 могут соответственно выполнять вышеупомянутые операции для осуществления передачи мощности от преобразователя 1 с линейной коммутацией на преобразователь 2 источника напряжения. Когда все преобразователи 1 с линейной коммутацией, принадлежащие выпрямительной подстанции 27 и инверторной подстанции 28, установлены, проводят разблокировку преобразователя 1 с линейной коммутацией, управляют постоянным током для его передачи от обходного переключателя 3 или обходного переключателя 4 на преобразователь 1 с линейной коммутацией, размыкают обходной переключатель 3 или обходной переключатель 4, чтобы управлять углом запуска преобразователя 1 с линейной коммутацией и увеличивать напряжение постоянного тока для осуществления поточного ввода преобразователя 1 с линейной коммутацией, и до настоящего времени преобразователь 1 с линейной коммутацией и преобразователь 2 источника напряжения работают последовательно.
Чтобы предотвратить блокировку системы передачи постоянного тока из-за неисправности в линии постоянного тока или линии переменного тока во время параллельного соединения преобразователя 2 источника напряжения с преобразователем 1 с линейной коммутацией, необязательно устанавливают прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, между преобразователем 2 источника напряжения и токоограничивающим реактором 11, или переключатель 29 нулевой шины применяет прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, или группа диодных вентилей, способная прерывать обратный ток преобразователя 2 источника напряжения, последовательно соединена между переключателем 29 нулевой шины гибридного преобразователя постоянного тока на стороне инвертора и преобразователем 2 источника напряжения, и анод группы диодных вентилей и отрицательный электрод преобразователя источника напряжения представляют собой общие концы соединения.
Вариант осуществления 3
На фиг. 5 показан вариант осуществления, в котором устройство передачи HVDC состоит из преобразователя, состоящего из обычных групп вентилей типа источника тока и двух общих схем соединений, показанных на фиг. 2. Выпрямительная подстанция 27 устройства передачи HVDC состоит из общей схемы 30 соединений с блоками группы вентилей типа источника тока, соединенными последовательно, а положительный преобразователь и отрицательный преобразователь инверторной подстанции 28 соответственно образованы общими схемами соединений (3)25 и (4)26. Группа 1 вентилей представляет собой преобразователь с линейной коммутацией, который соединен с вторичной обмоткой трансформатора 18 передачи HVDC типа источника тока на основе тиристора. Группа 2 вентилей представляет собой преобразователь источника напряжения, который соединен с вторичной обмоткой трансформатора 19 передачи VSC-HVDC. Выпрямительная подстанция 27 выполнена с фильтром 32 переменного тока с возможностью фильтрации гармоники и обеспечения реактивной мощности, и ее соединяют с электрической сетью 22 переменного тока и отсоединяют от нее посредством переключателя 31 переменного тока. Чтобы подавить циркулирующий ток плеча моста преобразователя источника напряжения и выброс тока при неисправности, предусмотрен реактор 20 плеча моста. Для сглаживания напряжения постоянного тока цепи постоянного тока и подавления аварийного тока в цепи постоянного тока предусмотрены сглаживающий реактор 13 и токоограничивающий реактор 11. На фиг. 5 показан провод 16 заземляющего электрода, выполненный с возможностью соединения преобразователя с заземляющим электродом. Выпрямительная подстанция 27 выполнена с фильтром 14 постоянного тока между линией 15 постоянного тока и проводом 16 заземляющего электрода. Инверторная подстанция 28 выполнена с фильтром 14 постоянного тока между соединительной линией 17 группы вентилей и проводом 16 заземляющего электрода. Соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей инверторной подстанции расположен близко к преобразователю 2 источника напряжения, и переключатель 12 шины постоянного тока соединен посредством моста между соединительным линейным переключателем 9 группы вентилей и шиной постоянного тока.
Цепь для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока используют для поточного ввода преобразователя 2 источника напряжения. Блок группы вентилей типа источника напряжения, показанный на фиг. 5, представляет собой группу вентилей нижнего уровня, и цепь для поточного ввода группы вентилей по меньшей мере содержит соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения, переключатель 12 шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения, обходной переключатель 8 блока группы вентилей типа источника напряжения и обходной переключатель 4 блока группы вентилей типа источника тока.
Когда работает только преобразователь 1 с линейной коммутацией, переключатели 5 и 6 обрыва блока группы вентилей типа источника тока находятся в замкнутом положении, а обходной переключатель 3 и обходной переключатель 4 находятся в разомкнутом положении; соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей, переключатель 10 шины и переключатель 12 шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения находятся в разомкнутом положении, обходной электронный переключатель 7 мощности находится в выключенном состоянии, и обходной переключатель 8 находится в замкнутом положении. Когда необходимо запустить работу преобразователя 2 источника напряжения, замыкают переключатель 10 обрыва, заряжают преобразователь 2 источника напряжения, проводят разблокировку преобразователя 2 источника напряжения, управляют напряжением преобразователя 2 источника напряжения таким образом, чтобы оно было таким же, как и у преобразователя 1 с линейной коммутацией, замыкают переключатель 12 шины постоянного тока, параллельно соединяют преобразователь 2 источника напряжения с двумя концами преобразователя 1 с линейной коммутацией, передают мощность постоянного тока от преобразователя 1 с линейной коммутацией на преобразователь 2 источника напряжения и блокируют преобразователь 1 с линейной коммутацией, и в этом случае рабочая мощность преобразователя 2 источника напряжения равна предыдущей рабочей мощности преобразователя 1 с линейной коммутацией, размыкают обходной переключатель 8, замыкают обходной переключатель 3 или обходной переключатель 4, замыкают соединительный линейный переключатель 9 группы вентилей и размыкают переключатель 12 шины постоянного тока. Инверторная подстанция 28 может соответственно выполнять вышеупомянутые операции для осуществления передачи мощности от преобразователя 1 с линейной коммутацией на преобразователь 2 источника напряжения. Когда все преобразователи 1 с линейной коммутацией, принадлежащие выпрямительной подстанции 27 и инверторной подстанции 28, установлены, проводят разблокировку преобразователя 1 с линейной коммутацией, управляют постоянным током для его передачи от обходного переключателя 3 или обходного переключателя 4 на преобразователь 1 с линейной коммутацией, размыкают обходной переключатель 3 или обходной переключатель 4, чтобы управлять углом запуска преобразователя 1 с линейной коммутацией и увеличивать напряжение постоянного тока для осуществления поточного ввода преобразователя 1 с линейной коммутацией, и до настоящего времени преобразователь 1 с линейной коммутацией и преобразователь 2 источника напряжения работают последовательно.
Чтобы предотвратить блокировку системы передачи постоянного тока из-за неисправности в линии постоянного тока или линии переменного тока во время параллельного соединения преобразователя 2 источника напряжения с преобразователем 1 с линейной коммутацией, необязательно устанавливают прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, между преобразователем 2 источника напряжения и токоограничивающим реактором 11, или переключатель 12 шины постоянного тока применяет прерыватель цепи постоянного тока, способный прерывать аварийный ток в цепи постоянного тока, или группа диодных вентилей, способная прерывать обратный ток преобразователя 2 источника напряжения, последовательно соединена между переключателем 12 шины постоянного тока гибридного преобразователя постоянного тока на стороне инвертора и преобразователем 2 источника напряжения, и катод группы диодных вентилей и положительный электрод преобразователя источника напряжения представляют собой общие концы соединения.
На фиг. 6 показан способ поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока, включающий: подключение одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому потенциалу, когда только преобразователь с линейной коммутацией работает и принята команда о запуске работы преобразователя источника напряжения; зарядку преобразователя источника напряжения; разблокировку преобразователя источника напряжения; управление напряжением преобразователя источника напряжения, чтобы оно стало таким же, как и у преобразователя с линейной коммутацией; параллельное соединение преобразователя источника напряжения с двумя концами преобразователя с линейной коммутацией посредством параллельного преобразования переключателей поля постоянного тока; передачу мощности постоянного тока от преобразователя с линейной коммутацией к преобразователю источника напряжения; блокировку преобразователя с линейной коммутацией; последовательное соединение преобразователя с линейной коммутацией с преобразователем источника напряжения посредством последовательного преобразования переключателей поля постоянного тока; и поточный ввод преобразователя с линейной коммутацией.
Подключение одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому потенциалу осуществляют посредством соединения блока группы вентилей типа источника напряжения с нулевой шиной и замыкания переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Параллельное преобразование переключателей поля постоянного тока осуществляют посредством соединения другого конца блока группы вентилей типа источника напряжения с шиной постоянного тока и замыкания переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения.
Последовательное преобразование переключателей поля постоянного тока происходит в двух случаях: (1) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей нижнего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения; и, (2) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей высшего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Поточный ввод преобразователя с линейной коммутацией осуществляют посредством разблокировки преобразователя с линейной коммутацией, управления постоянным током, чтобы передавать его от обходного переключателя к преобразователю с линейной коммутацией, и размыкания обходного переключателя для увеличения напряжения постоянного тока.
На фиг. 7 показано устройство для поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока для осуществления поточного ввода группы вентилей гибридного преобразователя постоянного тока, содержащее:
блок 33 обнаружения, выполненный с возможностью обнаружения напряжения постоянного тока, постоянного тока, сигнала разблокировки, сигнала блокировки и сигнала работы блока группы вентилей типа источника напряжения, обнаружения напряжения постоянного тока, постоянного тока, сигнала разблокировки, сигнала блокировки и сигнала работы блока группы вентилей типа источника тока и обнаружения положений переключателей поля постоянного тока, блока группы вентилей типа источника напряжения и блока группы вентилей типа источника тока; и
блок 34 управления, выполненный с возможностью подключения одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому потенциалу при приеме команды оператора о запуске работы преобразователя источника напряжения в случае, когда преобразователь с линейной коммутацией имеет сигнал разблокировки и сигнал работы, а преобразователь источника напряжения имеет сигнал блокировки; зарядки преобразователя источника напряжения; разблокировки преобразователя источника напряжения; управления напряжением преобразователя источника напряжения, чтобы оно было таким же, как и у преобразователя с линейной коммутацией; параллельного соединения преобразователя источника напряжения с двумя концами преобразователя с линейной коммутацией посредством параллельного преобразования переключателей поля постоянного тока; передачи мощности постоянного тока от преобразователя с линейной коммутацией к преобразователю источника напряжения; блокировки преобразователя с линейной коммутацией; последовательного соединения преобразователя с линейной коммутацией с преобразователем источника напряжения посредством последовательного преобразования переключателей поля постоянного тока и поточного ввода преобразователя с линейной коммутацией.
Подключение одного конца преобразователя источника напряжения к фиксированному электрическому потенциалу в блоке управления осуществляют посредством соединения блока группы вентилей типа источника напряжения с нулевой шиной и замыкания переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Параллельное преобразование переключателей поля постоянного тока в блоке управления осуществляют посредством соединения другого конца блока группы вентилей типа источника напряжения с шиной постоянного тока и замыкания переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения.
Последовательное преобразование переключателей поля постоянного тока в блоке управления происходит в двух случаях: (1) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей нижнего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя шины постоянного тока блока группы вентилей типа источника напряжения; и, (2) если блок группы вентилей типа источника напряжения представляет собой группу вентилей высшего уровня, размыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника напряжения, замыкание обходного переключателя блока группы вентилей типа источника тока, замыкание соединительного линейного переключателя группы вентилей блока группы вентилей типа источника напряжения и размыкание переключателя нулевой шины блока группы вентилей типа источника напряжения.
Поточный ввод преобразователя с линейной коммутацией в блоке управления осуществляют посредством разблокировки преобразователя с линейной коммутацией, управления постоянным током, чтобы передавать его от обходного переключателя к преобразователю с линейной коммутацией, и размыкания обходного переключателя для увеличения напряжения постоянного тока.
Цепь и способ для поточного ввода группы вентилей, предложенные в настоящем изобретении, используются для поточного ввода преобразователя источника напряжения гибридного преобразователя постоянного тока и особенно подходят для преобразователя источника напряжения с узким диапазоном регулировки напряжения постоянного тока или не способны регулировать напряжение постоянного тока до нуля.
Вышеописанные варианты осуществления предназначены только для описания технического замысла настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема охраны настоящего изобретения. Любая модификация, выполненная на основе технических решений согласно техническому замыслу настоящего изобретения, подпадает под объем охраны настоящего изобретения.