[發明專利]一種基于MMC提升交流架空線路輸送能力的輸電系統

有效

• 申請號: 201310606685.X
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103606946A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 周飛;荊平;于弘洋;葛維春;劉劍
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院;國網遼寧省電力有限公司;國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 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

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于MMC提升交流架空線路輸送能力的輸電系統。

背景技術

近年，我國城鎮化發展速度進一步加快，城市用電負荷不斷增長，客觀上要求電網規模與傳輸容量保持持續發展，然而目前城市電網普遍存在以下問題。

城市用電負荷增加，交流線路輸送能力不足，線路走廊匱乏。對于重載的交流線路，無法通過加裝FACTS裝置大幅提高輸送能力，而新建線路遇到的阻力越來越大，特別是進城的線路工程，在征地、環保方面難以得到支持。城市電網結構日益緊密，短路電流問題突出。

城市電網發展速度較快，電網線路相互交織，緊密程度較高，等效阻抗較小，導致電網的短路電流水平較高。如采用新建交流線路來解決城市電網供電能力不足的問題，將會造成電網進一步緊密，等效阻抗進一步減小，從而導致短路電流增大，影響電網安全運行。

城市電網無功電壓調節日趨困難，電壓穩定性問題不容忽視。城市電網中電纜線路日益增多，市區變電站受用地限制，感性無功配置普遍不足，無功電壓調節日趨困難，尤其是電網低谷負荷時段，電壓偏高情況嚴重。此外，城市電網中空調負荷、電動機負荷比重較大，由于快速的動態無功調整能力不足，電網高峰負荷時段動態電壓穩定問題逐漸突出。

鑒于上述問題，有必要研究新的技術手段，既要充分發揮現有線路走廊輸的輸電潛力，又要防止出現短路電流超標和動態無功支撐不足等問題。

從輸電線路方面來看，制約交流線路傳輸容量的主要因素是絕緣耐受能力。目前，交流系統的絕緣按照電壓峰值設計，但是傳輸容量是由電壓有效值決定，僅為峰值的71%。研究表明，交流線路在直流方式下運行，由于絕緣層內的電場分布、發熱情況等方面的差異，交流線路的直流絕緣強度幾乎是交流電壓的2～3倍或更大。另外，對于電纜線路，由于其電容要比架空線路大得多，如果采用交流輸電方式并且當電纜長度超過一定數值（如40～60km）時，就會出現電容電流占用電纜芯線全部有效負載能力的情況，而采用直流輸電方式，其穩態電容電流僅是由紋波電壓引起，數值很小，故電纜的送電長度幾乎不受電容電流的限制。

針對交流線路直流轉換的研究近年來得到國內外研究機構的一致關注。ABB公司提出一種將三相交流線路改造為柔性直流輸電的方案，但該方案中換流器采用IGBT串聯技術，我國尚未掌握IGBT串聯的關鍵技術。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于MMC提升交流架空線路輸送能力的輸電系統，利用了模塊化多電平電壓源換流器良好的控制性能，配合極間電流轉移開關，很好的解決了交流線路的增容改造問題，并具備動態無功補償、諧波治理等功能，為解決負荷日益增長與新建線路日趨困難的矛盾具有重要意義。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

本發明提供一種基于MMC提升交流架空線路輸送能力的輸電系統，所述系統包括第一電壓源換流器、極間電流轉移開關模塊和第二電壓源換流器，所述極間電流轉移開關模塊包括極間電流轉移開關主動模塊和極間電流轉移開關從動模塊；所述第一電壓源換流器的輸入端接入第一交流系統，其輸出端連接所述極間電流轉移開關主動模塊，所述極間電流轉移開關主動模塊通過第一極導線、第二極導線和第三極導線連接所述極間電流轉移開關從動模塊，所述極間電流轉移開關從動模塊通過第二電壓源換流器接入第二交流系統。

所述第一電壓源換流器和第二電壓源換流器均為模塊化多電平電壓源換流器。

所述第一電壓源換流器和第二電壓源換流器的每個橋臂包括N個依次串聯的子模塊。

所述極間電流轉移開關主動模塊包括第一極間電流轉移開關主動模塊和第二極間電流轉移開關主動模塊。

所述第一極間電流轉移開關主動模塊包括依次串聯的N個子模塊及分壓電阻和雙向旁路晶閘管并聯組成的R1-Th1支路；串聯后的子模塊一端連接所述第一電壓源換流器的輸出端，另一端連接第三極導線；所述第一電壓源換流器的輸出端同時通過連接R1-Th1支路與所述第一極導線連接。

所述第二極間電流轉移開關主動模塊包括依次串聯的N個子模塊及分壓電阻和雙向旁路晶閘管并聯組成的R2-Th2支路，串聯后的子模塊一端連接所述第一電壓源換流器的輸出端，另一端連接第三極導線；所述第一電壓源換流器的輸出端同時通過連接R2-Th2支路與所述第二極導線連接。