[發(fā)明專利]一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210267166.0
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102983586A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王軒;吳倩;閆殳裔;王宇紅;喻勁松;何維國
• 申請（專利權(quán)）人: 中電普瑞科技有限公司;上海市電力公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02M7/797;H02J3/46
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在分布式發(fā)電、可再生能源、智能電網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的新形勢下，柔性直流輸電技術(shù)為彌補傳統(tǒng)高壓直流輸電技術(shù)的不足提供了新的途徑。傳統(tǒng)的采用半控器件晶閘管的高壓直流輸電，交流側(cè)需要無功補償裝置，逆變側(cè)需要非常強大的電源進行有源逆變，否則會產(chǎn)生換相失敗。柔性直流輸電采用基于可關(guān)斷器件的電壓源換流器，具有關(guān)斷電流的能力，應(yīng)用PWM技術(shù)進行無源逆變，對受端系統(tǒng)容量沒有要求，解決了傳統(tǒng)直流輸電向無源負荷點送電的難題；能夠獨立控制有功、無功等，具有良好的控制靈活性；潮流反轉(zhuǎn)時，直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，方便構(gòu)成直流多端系統(tǒng)。

柔性直流輸電裝置采用基于可關(guān)斷器件的電壓源換流器，具有關(guān)斷電流的能力，應(yīng)用PWM技術(shù)進行無源逆變，對受端系統(tǒng)容量沒有要求，解決了傳統(tǒng)直流輸電向無源負荷點送電的難題；能夠獨立控制有功、無功等，具有良好的控制靈活性。其主電路拓撲采用兩個電壓源換流器(VSC)直流側(cè)并聯(lián)的方式，其中一臺換流器交流側(cè)直接或通過變壓器與系統(tǒng)并聯(lián)，直流側(cè)連接輸電線，到達輸電目的地后，另一臺換流器交流側(cè)直接或通過變壓器與目的地的系統(tǒng)并聯(lián)。

統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，僅通過控制規(guī)律的改變，就能分別或同時實現(xiàn)并聯(lián)補償、串聯(lián)補償和移相等幾種不同的功能。UPFC裝置可以看作是一臺靜止同步補償器(STATCOM)裝置與一臺靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)裝置在直流側(cè)并聯(lián)構(gòu)成，它可以同時并快速、獨立控制輸電線路中的有功功率和無功功率，從而使得UPFC擁有STATCOM、SSSC裝置都不具備的四象限運行功能。

UPFC裝置主電路拓撲采用兩個電壓源換流器(VSC)直流側(cè)并聯(lián)的方式，其中一臺換流器交流側(cè)直接或通過變壓器與系統(tǒng)并聯(lián)，另一臺換流器交流側(cè)通過變壓器與系統(tǒng)串聯(lián)。由于采用了可關(guān)斷器件控制，使得并聯(lián)換流器和串連換流器的輸出電壓可單獨控制。每一個換流器在交流輸出端，都能獨立吸收或供給無功功率及有功功率。

柔性直流輸電和UPFC使用的電壓源換流器通常采用二電平和三電平兩種拓撲結(jié)構(gòu)。二電平拓撲結(jié)構(gòu)的不足之處在于，當其應(yīng)用于高壓場合時，需要用高反壓的功率開關(guān)管或?qū)⒍鄠€功率開關(guān)管串聯(lián)使用。此外，由于VSC交流側(cè)輸出電壓總在二電平上切換，當開關(guān)頻率不高時，將導(dǎo)致諧波含量相對較大。三電平VSC拓撲結(jié)構(gòu)中以多個功率開關(guān)串聯(lián)使用，并采用二極管鉗位以獲得交流輸出電壓的三電平調(diào)制。三電平VSC在提高耐壓等級的同時有效地降低了交流諧波電壓、電流，從而改善了其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。

通常的實際工程中，柔性直流輸電裝置和UPFC往往是獨立建設(shè)與運行的，這造成了重復(fù)投資建設(shè)、成本高、設(shè)備利用率低、管理與控制不集中等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，利用電壓源換流器直流電壓極性不變，方便構(gòu)成直流多端系統(tǒng)的特點，柔性直流輸電HVDC和統(tǒng)一潮流控制器UPFC共用一個換流裝置，節(jié)省了工程建設(shè)成本與投資，提高了設(shè)備利用率，便于集中管理與控制，并且可改善其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。

本發(fā)明提供的一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置1、換流裝置2、換流裝置11、接地電路3、接地電路12、開關(guān)4和直流輸電線13；所述換流裝置1包括變壓器7和換流器6；其改進之處在于，

所述變壓器7原邊并聯(lián)接入電網(wǎng)且接地，所述變壓器7副邊與所述換流器6串聯(lián)；所述換流器6兩端并聯(lián)接地電路3后，分成至少兩條支路，支路一為接地電路3兩端連接所述換流裝置2后與所述電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組統(tǒng)一潮流控制器UPFC；支路二為接地電路3兩端通過所述直流輸電線13與所述換流裝置11連接后與電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組柔性直流輸電HVDC；所述直流輸電線13與所述換流裝置11之間并聯(lián)接地電容12；所述開關(guān)4與所述換流裝置(2)并聯(lián)。

其中，所述換流裝置1包括啟動電路5；所述啟動電路5串聯(lián)在所述變壓器7副邊和所述換流器6之間。

其中，所述換流裝置11包括換流器15；所述換流器15串聯(lián)在電網(wǎng)和所述接地電路12之間。優(yōu)選的，所述換流裝置11還可以包括啟動電路14，串聯(lián)在所述電網(wǎng)和所述換流器15之間。優(yōu)選的，所述換流裝置11還可以包括變壓器16，設(shè)置在所述啟動電路14和所述電網(wǎng)之間，用于系統(tǒng)電壓與換流器15電壓的匹配；所述變壓器16原邊與所述電網(wǎng)并聯(lián)且接地，其副邊與所述啟動電路14連接。