[實用新型]一種基于模塊化多電平換流器的HVDC兼UPFC系統

有效

• 申請號: 201220695679.7
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN203166539U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 王軒;趙剛;劉慧文;閆殳裔;宋曉通;劉雋
• 申請（專利權）人: 中電普瑞科技有限公司;上海市電力公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02M7/797
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本實用新型涉及電力電子領域，具體涉及一種基于模塊化多電平換流器的HVDC兼UPFC系統。?

背景技術

在分布式發電、可再生能源、智能電網技術迅速發展的新形勢下，柔性直流輸電技術為彌補傳統高壓直流輸電技術的不足提供了新的途徑。傳統的采用半控器件晶閘管的高壓直流輸電，交流側需要無功補償裝置，逆變側需要非常強大的電源進行有源逆變，否則會產生換相失敗。柔性直流輸電采用基于可關斷器件的電壓源換流器，具有關斷電流的能力，應用PWM技術進行無源逆變，對受端系統容量沒有要求，解決了傳統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；潮流反轉時，直流電流方向反轉而直流電壓極性不變，方便構成直流多端系統。?

柔性直流輸電裝置采用基于可關斷器件的電壓源換流器，具有關斷電流的能力，應用PWM技術進行無源逆變，對受端系統容量沒有要求，解決了傳統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）直流側并聯的方式，其中一臺換流器交流側直接或通過變壓器與系統并聯，直流側連接輸電線，到達輸電目的地后，另一臺換流器交流側直接或通過變壓器與目的地的系統并聯。?

統一潮流控制器（UPFC）是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，僅通過控制規律的改變，就能分別或同時實現并聯補償、串聯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補償器（SSSC）裝置在直流側并聯構成，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基于MMC結構的電壓源換流器（VSC）直流側并聯的方式，其中一臺換流器交流側直接或通過變壓器與系統并聯，另一臺換流器交流側通過變壓器與系統串聯。由于采用了可關斷器件控制，使得并聯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中，電壓源換流器（VSC）通常采用二電平或三電平結構。大容?量柔性直流輸電和UPFC中，VSC需要采取可關斷電力電子器件（典型器件如絕緣柵雙極型晶體管IGBT）串聯的方式提高裝置的耐壓能力?？申P斷器件IGBT串聯的技術難點主要表現在：受技術壟斷的影響，具有自身限制短路電流特性的IGBT器件難以采購，IGBT串聯均壓的控制技術在理論上研究的不夠深入。為降低裝置輸出諧波，需要采用較高的開關頻率，因而裝置運行損耗較大。這些限制了大容量柔性直流輸電和UPFC的應用。?

模塊化多電平換流器（MMC）是采用多個子模塊串聯的一種新型拓撲結構，其各相橋臂分為上橋臂和下橋臂，上下橋臂分別由N個相同的子模塊和一個交流電抗器依次串聯構成。每個子模塊由兩個絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）及其反并聯二極管組成的半橋結構和并聯的電容構成。每個子模塊都是一個兩端器件，它可以同時在兩種電流方向的情況下進行全模塊電壓和零模塊電壓之間的切換。MMC避免了器件串聯的技術難點，輸出波形為多電平，有效降低了開關器件的物理開關頻率和開關損耗；MMC所特有的模塊化結構使其設計靈活，利于批量生產；便于分相控制和模塊化設計，通過冗余技術可旁路故障單元，進而提高裝置運行可靠性；器件開關頻率較低，裝置運行損耗較小。?

基于以上特點，模塊化多電平換流器十分適合在柔性直流輸電系統和統一潮流控制器（UPFC）中使用，在高壓大功率應用中的優勢尤為明顯，將是下一代多電平變換器的主流拓撲之一。?

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

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型提供一種基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電HVDC兼統一潮流控制器UPFC系統，利用電壓源換流器直流電壓極性不變，方便構成直流多端系統的特點，柔性直流輸電和UPFC共用一個換流裝置，節省了工程建設成本與投資，提高了設備的利用率，便于集中管理與控制。?

本實用新型提供的一種基于模塊化多電平換流器的HVDC兼UPFC系統，包括第一換流裝置1、第二換流裝置2、第三換流裝置11、第一接地電路3、第二接地電路12和直流輸電線13；其改進之處在于，?