[發明專利]一種電壓源型直流融冰兼靜止同步補償裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201410243374.6
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN104078909B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 傅闖;饒宏
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02G7/16
• 分類號: H02G7/16;H02J3/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種電壓源型直流融冰兼靜止同步補償裝置及其控制方法，特別是一種基于全橋子模塊的模塊化多電平換流器的直流融冰兼靜止同步補償裝置及其控制方法，涉及大功率電力電子和輸電線路融冰技術領域。

背景技術

電力系統遭受的各種自然災害中，冰災是最嚴重的威脅之一。隨著現代化水平的不斷提高，全社會對電力的依賴程度越來越高，對電力供應也提出了更高要求。近年來，全球各類氣象災害更為頻繁，極端天氣氣候事件更顯異常，冰災造成電力系統的損失和影響更趨嚴重，破壞程度越來越強，影響也越來越復雜，應對難度也越來越大。如1921年10月瑞典冰災、1972年1月美國哥倫比亞州冰災、1998年1月美國東北部和加拿大東南部冰災、1999年12月法國冰災、瑞典南部2005年1月冰災、德國2005年11月冰災。

我國冰災事故頻繁發生，電網受到的影響越來越嚴重。2005年初,華中地區歷史上罕見的低溫雨雪冰凍天氣給我國華中、華北電網造成嚴重的災害。2008年初，低溫雨雪冰凍天氣襲擊我國南方、華中、華東地區，導致貴州、湖南、廣東、云南、廣西和江西等省輸電線路大面積、長時間停運，給國民經濟和人民生活造成巨大損失。2011年1月，由于較大面積覆冰，貴州省、湖南省、江西省、廣西桂北地區、廣東粵北地區和云南滇東北地區的電網受到了很大的影響。2012年初、2013年初、2014年我國電網都不同程度受到覆冰的影響。

2008年冰災后，中國電力科技工作者自主進行了直流融冰技術及裝置的研發，成功研發出了具有完全自主知識產權的大功率直流融冰裝置，主要包括帶專用整流變壓器直流融冰裝置(ZL201010140060.5)和不帶專用整流變壓器的直流融冰裝置(ZL201010140086.X)，進而在全國進行了推廣應用，到目前為止，共有約100余套直流融冰裝置投入運行，其中南方電網內布置有80多套。上述兩種直流融冰裝置采用了晶閘管可控整流技術，在運行中均會消耗一定的無功、產生特征次諧波，給接入交流系統帶來一定的影響。特別是不帶專用整流變壓器的直流融冰裝置，只能采用6脈波整流，運行時諧波污染嚴重，實際應用中需將其接入點的其它負荷轉移到其它母線。

自2008年開始，就有基于可關斷電力電子器件直流融冰裝置的相關研究啟動，但由于可關斷電力電子器件價格昂貴，電壓和電流容量還很有限，大功率電壓源型換流器可靠性較差，業內人士提出的一些基于電壓源型換流器的直流融冰裝置只能用于110kV及以下電壓等級輸電線路的融冰，無法提供更高電壓等級輸電線路融冰需要的最小融冰電流。即至今為止，國內外均還沒有成功研發出可代替基于晶閘管技術的、經濟實用的適用于不同長度多電壓等級輸電線路融冰需要的電壓源型直流融冰裝置。

近幾年來，電壓源型換流器已經取得了長足的進步，基于H橋的靜止同步補償器(STATCOM)已經得到較為廣泛的應用，南方電網在500kV東莞變電站、水鄉變電站、北郊變電站和木棉變電站各安裝了容量為±200MVAr的STATCOM。基于半H橋模塊化多電平變流器(MMC)也已應用于柔性直流輸電領域，并展現出明顯的技術優勢，世界上首個應用MMC技術的VSC-HVDC工程Trans Bay Cable2010年3月在美國正式投運，世界首個多端柔性直流輸電工程——南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程已于2013年12月在中國汕頭投入運行。模塊化多電平變流器的可靠性在逐步提高，價格在逐步下降。基于全橋子模塊的模塊化多電平換流器具有直流電壓和直流電流雙向運行能力,可滿足直流融冰對換流器運行工況的要求，將其應用于直流融冰，可克服現有基于晶閘管直流融冰裝置缺點。

現階段，全控型器件通流能力還很有限，遠沒有達到晶閘管的通流指標。即使采用電流額定值最大的IGBT，單個器件也無法提供220kV輸電線路融冰需要的電流，必須采用器件并聯或者換流器并聯才能滿足。對于絕緣柵雙極型晶體管IGBT，由于其飽和電壓在很寬的電流范圍內都具有正的溫度系數，很容易實現并聯器件間的均流。另外，即使對采用單IGBT器件就可滿足融冰電流需求的場景，由于高壓大電流IGBT器件非常昂貴，采用具有較小電流額定值的多個IGBT器件和換流器并聯往往是一種很經濟的方案。