[發明專利]一種混合型三極直流輸電系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310327180.X
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103401263A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 徐政;許烽;周煜智;黃弘揚;翁華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J1/08
• 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

本發明屬于電力電子系統技術領域，具體涉及一種混合型三極直流輸電系統及其控制方法。

背景技術

我國電力規劃的總體方針是“西電東送、南北互供、全國聯網”。然而，隨著電網規模的日益擴大和結構的日趨復雜，加之涉及征地問題的利益糾葛近年來也逐漸顯現出來，在原有的線路基礎上再開辟出新的線路走廊就顯得更加困難。因此，利用原有的高壓交流站和線路網架，改造并轉換成直流輸電工程，成為解決這一問題非常值得探討的思路。再者，對于超大規模的電網來說，用直流工程將其分隔成數個異步子系統，可以有效減少交流同步聯網所帶來的一系列問題，如短路電流超限、低頻振蕩加劇、故障大范圍傳遞等。

L.O.Barthold等人在標題為Conversion?of?AC?Transmission?Lines?to?HVDC?using?Current?Modulation（Inaugural?IEEE?PES2005Conference?and?Exposition.11-15July,2005.Durban,South?Africa:26-32）的文獻中提出了一種三級直流結構及與之匹配的直流電流調制策略。圖1即為上述三極直流輸電系統的結構示意圖，該三極直流輸電系統包括：與送端交流電網連接的整流換流站；與受端交流電網連接的逆變換流站。整流換流站和逆變換流站均采用三極換流系統，三極換流系統由三個換流單元H1～H3組成。

換流單元H1直流側正極端為三極換流系統的第一直流輸電端口，換流單元H1直流側負極端與換流單元H2直流側正極端和換流單元H3直流側負極端相連并接地，換流單元H2直流側負極端為三極換流系統的第二直流輸電端口，換流單元H3直流側正極端為三極換流系統的第三直流輸電端口；整流換流站的三個直流輸電端口均通過直流輸電線路與逆變換流站的三個直流輸電端口對應連接。

換流單元H1和H2的中性點電流不流入大地，而是通過具有雙向通道的換流單元H3進行回流，接地極一般僅在故障等暫態情況下作為不平衡電流的回流路徑起作用。換流單元H1和H2的換流器是以晶閘管組成的三相六脈橋作為基本換流單元；換流單元H3根據直流電流調制策略的要求，其換流器需要擁有直流電壓和直流電流反向功能，故其基本換流單元為反并聯晶閘管組成的三相六脈橋或兩組反向并聯的三相六脈橋。在穩態運行下，三極直流能夠傳輸的功率是雙極直流的1.366倍，能夠有效提升直流系統傳輸容量，有利于更大程度地支援電網的功率需求，促進電網的發展和穩定運行。

雖然，換流單元H1～H2和H3的換流器存在較大區別，但是，基本換相器件都是不可關斷的晶閘管，因此，該三極直流輸電系統結構存在如下缺陷：

1.不能向無源網絡供電，不適用于向遠距離的孤立負荷輸電；

2.存在換相失敗問題，引起直流傳輸功率大容量缺額，造成交直流響應特性惡化，嚴重影響所連的交流系統穩定運行；

3.存在無功補償和諧波問題，需要安裝無功補償設備和濾波設備，不僅增加了設備成本，而且在甩負荷時會出現無功功率過剩，容易導致過電壓；

4.在其電流調制策略下，電流調制過渡階段伴隨有無功變化，由于無功設備調節緩慢，因而會引起交流系統無功剩余或不足，產生過電壓等現象；

5.在其電流調制策略下，換流單元H3在電流調制過渡階段，其直流電流需要反向，存在過零點現象，而傳統直流具有最小直流功率（電流）的要求，一般為額定值的10%左右，因而，過渡階段容易引發過電壓等問題。同時，過渡階段H3需要進行閉鎖和解鎖動作，較為繁瑣。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種混合型三極直流輸電系統，能夠向無源負荷輸電，具有有功無功部分解耦調節，電流調制過渡階段平緩、穩定的特點，同時能夠快速地恢復換相失敗。針對所提出的混合型三極直流輸電系統在過渡階段可能引起的電流平衡、無功平衡等問題，提出了相應的控制方法。

一種混合型三極直流輸電系統，包括整流換流站和逆變換流站；

所述的整流換流站和逆變換流站均包括有一交流母線和三極換流系統，所述的交流母線與對應交流電網連接，所述的三極換流系統通過換流變壓器掛接于交流母線上；

所述的三極換流系統中換流單元H3采用MMC（模塊化多電平換流器）。

所述的MMC采用三相六橋臂結構，每個橋臂由若干個換流子模塊和一橋臂電抗器串聯組成。