[發明專利]一種混合型兩端直流輸電系統

無效

• 申請號: 201110349493.6
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102522764A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 林衛星;文勁宇;程時杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于電力系統輸配電技術領域，具體涉及一種風力發電經直流輸電接入交流電網的混合型兩端直流輸電系統。

背景技術

按照國家風電發展規劃，山東沿海、江蘇沿海將分別建設兩個千萬千瓦級的海上風電基地。通常有交流并網和直流并網兩種并網方式。采用交流并網方式，由于電纜的充電效應，當海上風電場距離陸上交流電網較遠時，電纜的輸電功率大大下降。為此，對于遠離陸地的海上風電場，一般采用直流并網方式。

Lie?Xu等人的“Grid?Integration?of?Large?DFIG-Based?Wind?Farms?Using?VSC?Transmission”(IEEE?Transactions?on?power?systems，2007，22(3)，976～984)提及了一種利用兩端輕型直流輸電系統將海上風電場接入交流電網的方案。具體方案為：在海上和陸地分別建設一個電壓源型換流器，兩個電壓源型換器對應的直流母線通過海底電纜聯接在一起，構成一個電壓源型兩端直流輸電系統。海上風電場的所有風電機組通過風電場內部的集電系統聯接至海上電壓源型換流器的交流母線上。

周宏林等人的“遠距離大型DFIG風電場的混合型HVDC建模及控制”(電工技術學報，2010，25(12))提及了一種利用基于電流源型換流器的兩端直流輸電系統將海上風電場接入至陸地交流電網的方案。具體方案為：在海上風電場建設一個基于晶閘管的電流源型換流器和靜止同步補償器，在陸上交流電網建設一個基于全控器件的電流源型換變器，兩個電流源型換器對應的直流母線通過海底電纜聯接在一起，構成一個混合型直流輸電系統。

Wulue?Pan等人的“Hybrid?Multi-terminal?HVDC?System?for?Large?Scale?Wind?Power”(Power?Systems?Conference?and?Exposition，2006)提及了一種利用混合型多端直流輸電系統將多個風電場接入至交流電網的方案。具體方案為：在每個風電場端建設一個電壓源型換流器，在受端電網建設一個更大功率的電流源型換流器，所有電壓源型換流器的直流母線經直流線路聯接在一起后通過一條公共直流輸電線路與電流源型換流器的直流母線聯接。

上述Lie?Xu等人的方案要求在海上風電場和陸上交流電網上都建立電壓源型換流器，而電壓源型換流器相比于電流源型變流器，其成本高，損耗大，當陸上交流網架較強時，沒有必要在陸上電網建設電壓源型變流器。

周宏林等人的方案中由于海上風電場采用電流源型換流器，其占地面積大，需要建設巨大的海上平臺以承載電流源型換流器，海上平臺建設成本高。

Wulue?Pan等人的方案是一種多端直流輸電系統，所有電壓源型換流器的直流母線聯接在一起，當風電場間的直流輸電線路或公共直流輸電線路發生故障時，所有電壓源型換流器都會中斷供電，所有風電場的電能輸送受阻，為此該方案的供電可靠性較差。同時，當該方案應用到海上風電并網時，由于多個海上風電場一般距離較遠，將它們各自的換流器通過海底電纜聯接在一起，在海底電纜敷設方面會大幅增加成本。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種混合型兩端直流輸電系統，該系統是一個兩端直流輸電系統，采用高供電可靠性，低成本的直流輸電技術將海上風電場接入至網架較強的陸上交流電網。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

在風電場附近建設一個基于全控器件的電壓源型換流器，將風電場聯接至電壓源型換流器的交流母線上，在陸上交流電網建設一個基于晶閘管的電流源型換流器，電流源型換流器的交流母線聯接至陸上交流電網，將電壓源型換流器和電流源型換流器對應的直流母線通過直流輸電線路聯接在一起，構成一個混合型直流輸電系統。

混合型直流輸電系統中的輸電線路可以采用架空輸電線或電力電纜。

類似傳統基于電流源型換流器的兩端直流輸電系統，混合型直流輸電系統可以采用雙極性接線和單極性接線兩種接線方式。

本發明中的電壓源型換流器是基于全控型開關器件的，其具體拓撲可以是三相兩電平型換流器，鉗位型多電平電壓源換流器，級聯型多電平換流器，模塊化多電平電壓源換流器以及多脈波電壓源換流器等。

與現有技術相比，本發明的新穎性和創造性體現在：

與海上風電場相聯接的換流器采用電壓源型換流器，充分利用電壓源換流器自換相特性和占地面積小的優點，與陸上交流電網相聯接的換流器采用電流源型換流器，當陸上交流電網較強時技術可行且成本低廉。