[發明專利]一種具有直流故障自清除能力的雙極直流輸電系統

無效

• 申請號: 201210064542.6
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102611096A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 徐政;薛英林;唐庚;劉昇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02J3/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于電力系統輸電技術領域，具體涉及一種具有直流故障自清除能力的雙極直流輸電系統。?

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter，MMC)采用半橋子模塊級聯的形式，具有對器件一致觸發動態均壓要求低、擴展性好、輸出電壓波形品質高、開關頻率低、運行損耗低等諸多優點，是新一代電壓源換流器拓撲結構的佼佼者。基于MMC的高壓直流輸電系統(MMC-HVDC)在光伏、風電和潮汐等新能源并網，超大規模城市輸配電，偏遠海島、孤立負荷和無源網絡送電等場合比基于晶閘管的傳統直流輸電系統有更強的競爭力，諸多優勢如模塊化設計安裝簡單方便，結構緊湊占地面積小，省去了交流濾波器，從根本上消除了換相失敗。美國Transbay工程和中國上海南匯風電場并網示范工程的成功投運，以及國內外多個規劃或籌建工程進一步驗證了MMC-HVDC的應用價值和發展前景。?

然而目前的MMC-HVDC系統仍存在以下兩方面不足：?

(1)無法有效處理直流側故障。當直流側發生故障時，全控型開關器件所反并聯的續流二極管構成故障點與交流系統直接連通的能量饋送回路，必須通過跳開交流斷路器將其切斷，其缺點在于機械響應較慢(最快也需2～3個周波)，故往往需要采用增大設備額定參數、配置高速旁路開關等輔助性措施，因此該拓撲并不適合于易發生閃絡等暫時性故障的架空線路輸電，通常選用造價昂貴但故障率低的電纜線路，所以現階段MMC-HVDC均是局限于電纜輸送場合，距離較短造價很高；?

(2)接地支路設計、安裝困難。傳統兩電平換流器一般從直流側分裂電容中點引出接地支路，但MMC的橋臂采用分散電容布置的型式從而節省了直流側電容器組，接地支路設計安裝難以參照前者做法。?

Westerweller.T等人在標題為Transbay?cable-world’s?first?HVDC?system?using??multilevel?voltage?source?converter(CIGRE?Session.Paris，Frans：CIGRE，2010，B4-101：1-7)的文章中提出了一種可以在MMC閥側安裝三相星形連接的電抗支路為換流站提供參考電位的技術，采用該技術的直流輸電系統如圖1(a)所示，該技術電抗參數選擇較為困難，并且極大影響了換流器本身無功功率運行范圍。?

趙成勇等人在標題為模塊化多電平換流器HVDC直流側故障控制保護策略(電力系統自動化，2011，35(23)：82-87)的文章中提出了一種直流側大電阻箝位接地方式，采用該接地方式的直流輸電系統如圖1(b)所示，但該接地方式與電阻參數選取密切相關，當電阻取得過小則穩態運行損耗較大，當電阻取得過大則整個系統近似不接地，對系統絕緣配合要求較高。?

上述兩種現有技術中均沒有明確指出在直流側配置平波電抗器，因此需要增大橋臂電抗器參數來抑制直流側故障電流上升率；并且只能運行在由單個電壓源換流器構成雙極運行的模式，一旦直流線路發生故障后就極易發生雙極停運即整個系統停運，系統可靠性較低。?

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本發明提供了一種具有直流故障自清除能力的雙極直流輸電系統，能夠自處理直流故障，且接地支路選取設計簡便，系統可靠性高，成本低。?

一種具有直流故障自清除能力的雙極直流輸電系統，包括兩個換流器；其中，第一換流器的正負端分別通過兩條直流輸電線路與第二換流器的正負端相連；?

所述的換流器由正極換流單元和負極換流單元構成；正極換流單元的一端為換流器的正端，另一端與負極換流單元的一端相連并接地；負極換流單元的另一端為換流器的負端。?

優選地，所述的正極換流單元和負極換流單元均由若干個MMC(模塊化多電平換流器)串聯或并聯構成；其中，第一換流器中的MMC通過換流變壓器連接于送端三相交流電網，第二換流器中的MMC通過換流變壓器連接于受端三相交流電網；能夠適合在不同電壓等級、不同容量下的直流輸電。?

優選地，所述的直流輸電線路為架空線；造價便宜，具有很好的工程應用價值和潛力。?

優選地，所述的換流器的正負端與直流輸電線路之間均連接有平波電抗器；?能夠對直流電中的紋波進行平抑，防止直流輸電線路產生的陡波沖擊波進入換流器導致器件遭受過電壓而損壞，同時避免電流斷續。?

所述的換流變壓器為接線方式為Y₀/Δ的雙繞組變壓器。?