Способ выходного контроля высоковольтного выключателя постоянного тока Российский патент 2019 года по МПК H02H7/26 

Область изобретения

Изобретение относится к области выключателей, в частности, к способу управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока.

Уровень техники изобретения

На гибких линиях передачи постоянного тока применяются преобразователи напряжения, которые способны быстро и независимо от других компонентов управлять активной и реактивной мощностью, что позволяет улучшить устойчивость системы, предотвратить колебания частоты и напряжения в системе и повысить устойчивость системы переменного тока, соединенной с электросетью. По мере исчерпания ископаемых топливных ресурсов и ужесточения природоохранного законодательства разработка новых способов получения и утилизации энергии приобретает все большую актуальность как для Китая, так и для всего мира.

Технология передачи постоянного тока по гибким линиям в настоящее время адаптируется к более высокому напряжению и производительности. В интересах оптимального распределения энергоресурсов на территории Китая технология передачи постоянного тока по гибким линиям применяется в настоящее время на воздушных ЛЭП. Этот подход является актуальной тенденцией и для развития электросетей по всему миру. Воздушные ЛЭП подвержены повышенному риску повреждений, поэтому удары молнии и подобные внешние обстоятельства могут привести к обрушению линейной опоры при броске напряжения и временному короткому замыканию на линии постоянного тока. Для быстрой изоляции повреждений на гибких линиях постоянного тока имеются высоковольтные выключатели постоянного тока. Проблема наиболее быстрого восстановления работы системы в техническом применении стоит наиболее остро. Неполадки, связанные с бросками напряжения и колебательностью системы, могут при повторном включении высоковольтного выключателя постояного тока на ненагруженной линии постоянного тока. Чтобы подать предварительный заряд на линию и снизить вероятность броска напряжения при замыкании, как правило используются резисторы с параллельным включением и шунтирующие выключатели, однако их использование влечет за собой увеличение расходов и потребностей в площадях.

Краткое описание изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока, позволяющий эффективно снизить вероятность бросков напряжения и колебательности системы при замыкании, обеспечить надежное и безопасное функционирование систем передачи энергии путем замыкания отключающих элементов на отрезке линии последовательно друг за другом и бесперебойно подавать напряжение на систему передачи энергии по нелинейным резисторам разомкнутых отключающих элементов.

Для достижения поставленной задачи в настоящем изобретении применяется следующее техническое решение.

Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока, включающего в себя: соединенные параллельно основной отрезок и передаточный отрезок, при этом основной отрезок включает в себя соединенные последовательно механические выключатели и клапанные сборки, а передаточный отрезок включает в себя один или несколько соединенных последовательно отключающих элементов; при этом отключающий элемент состоит из клапанной сборки передаточного отрезка и нелинейных резисторов, соединенных параллельно; способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока включает в себя замыкание передаточного отрезка, затем замыкание основного отрезка и, наконец, отключение передаточного отрезка.

Замыкание передаточного отрезка осуществляется так, чтобы отключающие элементы в составе передаточного отрезка замыкались поочередно, по группам, состоящим как минимум из одного отключающего элемента.

В процессе замыкания отключающих элементов в составе передаточного отрезка по группам на систему передачи энергии подается предварительный заряд по нелинейному резистору разомкнутого отключающего элемента.

Помимо этого, количество отключающих элементов в каждой группе и последовательность замыкания определяются уровнем перенапряжения U_max системы передачи энергии и максимально допустимым временем замыкания T_max; после замыкания любой из групп отключающих элементов импульсное напряжение не превышает удвоенное значение уровня перенапряжения U_max системы передачи энергии; общее время замыкания всех групп отключающих элементов не превышает максимально допустимое время замыкания T_max согласно техническим нормам.

Помимо этого, в процессе замыкания отключающих элементов в составе передаточного отрезка по группам проводится проверка на наличие повреждения в системе передачи энергии после замыкания группы отключающих элементов; если повреждения нет, замыкается следующая группа отключающих элементов до тех пор, пока не будут замкнуты все группы отключающих элементов, только затем выполняется следующий этап; если повреждение есть, все отключающие элементы, которые уже были замкнуты, размыкаются, и процесс замыкания прекращается.

Помимо этого, к повреждениям в системе передачи энергии относятся повреждение на линии, повреждение на преобразовательной подстанции и повреждение выключателя постоянного тока.

Помимо этого, при замыкании передаточного отрезка разблокируются полупроводниковые элементы клапанной сборки передаточного отрезка в составе отключающих элементов, а при замыкании передаточного отрезка полупроводниковые элементы клапанной сборки в составе отключающих элементов блокируются.

Помимо этого, при замыкании основного отрезка механические выключатели и клапанные сборки основного отрезка также замыкаются.

Помимо этого, количество отключающих элементов в составе одной группы и последовательность замыкания могут быть заданы заранее или определяться путем расчетов в режиме реального времени.

Настоящее изобретение имеет следующий полезный эффект по сравнению с существующим уровнем техники:

1) Подача предварительного заряда по нелинейным резисторам передаточного отрезка позволяет уменьшить монтажное пространство и сократить расходы. Те решения, которые применяются сейчас, т.е. преобразователи напряжения на гибкой линии постоянного тока (VSC), единый контроллер потока мощности (UPFC) и статический генератор реактивной мощности (СГРМ) подают предварительный заряд на систему с помощью дополнительного зарядного резистора и шунтирующего выключателя.

2) Нелинейный резистор используется полностью, а замыкание отключающих элементов в составе передаточного отрезка происходит группа за группой в рамках возможностей системы, что позволяет исключить отрицательное воздействие перенапряжения и колебательности системы в результате процесса замыкания и разрушительное действие на другие важные составляющие системы, а это в конечном итоге значительно повышает стабильность и надежность работы всей системы.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 – блок-схема способа управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока согласно настоящему изобретению.

Фигура 2 – основная топология высоковольтного выключателя постоянного тока.

Фигура 3 – эквивалентная принципиальная схема высоковольтного выключателя постоянного тока в системе передачи постоянного тока.

Фигура 4 – форма кривой напряжения при применении способа управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока из существующего уровня техники (pu на фигуре – относительная единица напряжения на линии постоянного тока).

Фигура 5 - форма кривой напряжения при применении способа управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока согласно настоящему изобретению (pu на фигуре – относительная единица напряжения на линии постоянного тока).

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Описанные варианты осуществления представлены в качестве примера и не являются исчерпывающими для настоящего изобретения. Любые другие варианты осуществления подпадают в сферу патентной защиты настоящего изобретения.

На Фигуре 2 показана основная топологическая структура высоковольтного выключателя постоянного тока, в состав которого входят основной отрезок (1) и передаточный отрезок (2), при этом основной отрезок (1) и передаточный отрезок (2) соединены параллельно. Основной отрезок включает в себя соединенные последовательно механические выключатели и клапанные сборки, а передаточный отрезок включает в себя один или несколько соединенных последовательно выключателей. Передаточный отрезок включает в себя один или несколько отключающих элементов, соединенных последовательно, при этом отключающий элемент состоит из клапанной сборки передаточного отрезка и нелинейных резисторов, соединенных параллельно.

На Фигуре 3 показана эквивалентная принципиальная схема высоковольтного выключателя постоянного тока в системе передачи постоянного тока, где выход преобразовательной подстанции постоянного тока соединен с высоковольтным выключателем постоянного тока, а выход высоковольтного выключателя постоянного тока соединен с линией передачи мощности. Линия передачи соответствует индуктору с конденсатором. U_s соответствует фазному напряжению относительно земли со стороны преобразовательной подстанции для высоковольтного выключателя постоянного тока, U_b соответствует напряжению на высоковольтном выключателе постоянного тока, U_l соответствует фазному напряжению относительно земли со стороны линии для высоковольтного выключателя постоянного тока, а U_r соответствует напряжению на дальнем конце линии.

Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока из существующего уровня техники состоит из следующих этапов: замыкание передаточного отрезка, замыкание основного отрезка и размыкание передаточного отрезка. На Фигуре 4 показана форма кривой напряжения при применении способа управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока из существующего уровня техники. В момент времени t происходит замыкание передаточного отрезка, т.е. замыкаются все отключающие элементы передаточного отрезка, напряжение U_b на высоковольтном выключателе постоянного тока сразу же падает до нуля, фазное напряжение относительно земли U_l со стороны линии для высоковольтного выключателя постоянного тока и фазное напряжение относительно земли U_s со стороны преобразовательной подстанции выравниваются. Ступенчатые изменения напряжения приводят к сильным колебаниям напряжения U_r на дальнем конце линии. Высокое перенапряжение и колебания отрицательно воздействуют на работу системы, в частности на функционирование разрядника и блокировку преобразовательной подстанции.

Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока согласно настоящему изобретению предусматривает замыкание отключающих элементов передаточного отрезка по группам, затем замыкание основного отрезка и, наконец, размыкание передаточного отрезка.

В процессе замыкания отключающих элементов передаточного отрезка по группам заряд на систему передачи мощности подается через нелинейный резистор разомкнутого отключающего элемента. В практических вариантах применения в качестве нелинейного резистора может выступать разрядник на основе оксида цинка.

Отключающие элементы передаточного отрезка замыкаются по группам, а количество отключающих элементов в каждой группе и последовательность замыкания определяются уровнем перенапряжения U_max системы передачи энергии и максимально допустимым временем замыкания T_max; после замыкания любой из групп отключающих элементов импульсное напряжение не превышает удвоенное значение уровня перенапряжения U_max системы передачи энергии; общее время замыкания всех групп отключающих элементов не превышает максимально допустимое время замыкания T_max согласно техническим нормам.

В процессе замыкания отключающих элементов в составе передаточного отрезка по группам проводится проверка на наличие повреждения в системе передачи энергии после замыкания группы отключающих элементов; если повреждения нет, замыкается следующая группа отключающих элементов до тех пор, пока не будут замкнуты все группы отключающих элементов, только затем выполняется следующий этап; если повреждение есть, все отключающие элементы, которые уже были замкнуты, размыкаются, и процесс замыкания прекращается.

На Фигуре 5 показана форма кривой напряжения при применении способа управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока согласно настоящему изобретению. Начиная с замыкания в момент времени t и по мере замыкания первой группы, второй группы, третьей группы и так далее, напряжение U_b на высоковольтном выключателе постоянного тока медленно снижается, а напряжение U_l со стороны линии для высоковольтного выключателя постоянного тока медленно возрастает так, что напряжение U_r на конце линии поднимается медленно, что позволяет исключить отрицательное воздействие перенапряжения и колебательности системы в результате процесса замыкания .

Ниже представлено описание варианта осуществления способа управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока согласно настоящему изобретению на примере высоковольтного выключателя постоянного тока с десятью отключающими элементами в составе одного передаточного отрезка.

Группировка и сортировка отключающих элементов в составе передаточного отрезка позволяет привести импульсное напряжение и время замыкания в соответствие с требованиями. Существует несколько рабочих комбинаций группировки и сортировки, например:

1) При разделении на две группы: первая и вторая группа состоят из пяти отключающих элементов каждая; или в первой группе – шесть отключающих элементов, а во второй - четыре; ……

2) При разделении на три группы: первая группа состоит из пяти отключающих элементов, вторая – из трех, а третья – из двух отключающих элементов; или в первой группе – пять отключающих элементов, во второй – два, а в третьей – три отключающих элемента; …..

3) При разделении на четыре группы: первая группа состоит из пяти отключающих элементов, вторая – из трех, третья – из одного, а четвертая – из одного отключающего элемента; или в первой группе – три отключающих элементов, во второй – один, в третьей – один, а в четвертой – пять отключающих элементов; …..

4) При разделении на пять групп: первая группа состоит из пяти отключающих элементов, вторая – из двух, третья – из одного, четвертая – из одного, а пятая из одного отключающего элемента; или в первой группе – один отключающий элемент, во второй – один, в третьей – один, в четвертой – два, а в пятой - пять отключающих элементов; …..

5) При разделении на шесть групп: ......

6) При разделении на семь групп: ......

7) При разделении на восемь групп: ......

8) При разделении на девять групп: ......

9) При разделении на десять групп: ......

Установить, соответствует ли схема группировки и сортировки установленным требованиям по импульсному напряжению и времени замыкания можно или опытным путем, или с помощью теоретических расчетов.

Фигура 1 - примерная блок-схема способа управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока согласно настоящему изобретению, включающего в себя следующие этапы:

Этап 1: После получения команды о начале замыкания группе номер N присваивается исходное значение 1.

Этап 2: Замыкание отключающих элементов N-ой группы (N=1, 2, 3...), или разблокировка полупроводниковых элементов клапанной сборки N-ой группы отключающих элементов. После замыкания отключающих элементов N-ой группы нелинейные резисторы разомкнутых отключающих элементов переходят в состояние низкого сопротивления и подают заряд на систему передачи мощности.

Этап 3: Проверка наличия повреждений на линии. После замыкания отключающих элементов N-ой группы проводится определение наличия повреждений в системе передачи мощности, например, на линии, на преобразовательной подстанции или на высоковольтном выключателе постоянного тока. Если повреждение есть, нужно перейти к этапу (7), размыкание высоковольтного выключателя постоянного тока прервется; если на линии повреждений нет, перейти к этапу (4).

Этап 4: N=N+1, замыкание следующей группы отключающих элементов.

Этап 5: Проверка на предмет того, все ли группы отключающих элементов закрыты. Если все группы закрыты, перейти к этапу (6), если нет – к этапу (2).

Этап 6: Замыкание основного отрезка. После замыкания всех отключающих элементов проводится замыкание механических выключателей и клапанных сборок основного отрезка.

Этап 7: Размыкание всех отключающих элементов передаточного отрезка – успешное замыкание высоковольтного выключателя постоянного тока.

Этап 8: Завершение замыкания.

Способ группировки и нумерации отключающих элементов передаточного отрезка согласно варианту осуществления выше может быть доработан так, чтобы исключить этап нумерации.

Выше приводится предпочтительный вариант осуществления изобретения. В варианты осуществления настоящего изобретения специалисты могут вносить различные изменения и улучшения, а любые представленные здесь описания не могут считаться ограничивающими смысл настоящего изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение вероятности бросков напряжения и колебаний системы при замыкании и обеспечение надежного и безопасного функционирования систем передачи энергии. Представлен способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока. Способ включает в себя следующие этапы: замыкание отключающих элементов передаточного отрезка (2) группа за группой, замыкание основного отрезка (1) и размыкание передаточного отрезка. В процессе замыкания отключающих элементов в составе передаточного отрезка по группам проводится проверка на наличие повреждения в системе передачи энергии после замыкания группы отключающих элементов; если повреждения нет, замыкается следующая группа отключающих элементов до тех пор, пока не будут замкнуты все группы отключающих элементов, только затем выполняется следующий этап; если повреждение есть, все отключающие элементы, которые уже были замкнуты, размыкаются, и процесс замыкания прекращается. Благодаря этому способу можно подавать предварительный заряд на систему передачи мощности во время замыкания высоковольтного выключателя постоянного тока, что позволяет снизить перенапряжение и колебательность системы, вызванные замыканием. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока, включающего в себя: соединенные параллельно основной отрезок и передаточный отрезок, при этом основной отрезок включает в себя соединенные последовательно механические выключатели и клапанные сборки, а передаточный отрезок включает в себя несколько соединенных последовательно отключающих элементов; при этом отключающий элемент состоит из клапанной сборки передаточного отрезка и нелинейных резисторов, соединенных параллельно; способ выходного контроля высоковольтного выключателя постоянного тока включает в себя замыкание пер наконец, едаточного отрезка, затем замыкание основного отрезка и, отключение передаточного отрезка, отличающийся тем, что:

замыкание передаточного отрезка осуществляется так, чтобы отключающие элементы в составе передаточного отрезка замыкались поочередно, по группам; причем

в процессе замыкания отключающих элементов в составе передаточного отрезка по группам на систему передачи энергии подается предварительный заряд по нелинейному резистору разомкнутого отключающего элемента; при этом

в процессе замыкания отключающих элементов передаточного отрезка по группам количество отключающих элементов в каждой группе и последовательность замыкания определяются уровнем перенапряжения U_max системы передачи энергии и максимально допустимым временем замыкания T_max;

после замыкания любой из групп отключающих элементов импульсное напряжение не превышает удвоенное значение уровня перенапряжения U_max системы передачи энергии;

общее время замыкания всех групп отключающих элементов не превышает максимально допустимое время замыкания T_max согласно техническим нормам.

2. Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что:

в процессе замыкания отключающих элементов в составе передаточного отрезка по группам проводится проверка на наличие повреждения в системе передачи энергии после замыкания группы отключающих элементов;

если повреждения нет, замыкается следующая группа отключающих элементов до тех пор, пока не будут замкнуты все группы отключающих элементов, только затем выполняется следующий этап;

если повреждение есть, все отключающие элементы, которые уже были замкнуты, размыкаются, и процесс замыкания прекращается.

3. Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что к повреждениям в системе передачи энергии относятся повреждение на линии, повреждение на преобразовательной подстанции и повреждение выключателя постоянного тока.

4. Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что при замыкании передаточного отрезка разблокируются полупроводниковые элементы клапанной сборки передаточного отрезка в составе отключающих элементов, а при замыкании передаточного отрезка полупроводниковые элементы клапанной сборки в составе отключающих элементов блокируются.

5. Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что при замыкании основного отрезка механические выключатели и клапанные сборки основного отрезка также замыкаются.

7. Способ управления замыканием высоковольтного выключателя постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что количество отключающих элементов в составе одной группы и последовательность замыкания могут быть заданы заранее или определяться путем расчетов в режиме реального времени.