[發明專利]一種具有直流故障自清除能力的混合式直流輸電拓撲結構

在審

• 申請號: 201710035187.2
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106786723A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 徐政;肖晃慶
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 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

本發明屬于電力系統輸電技術領域，具體涉及一種具有直流故障自清除能力的混合式直流輸電拓撲結構。

背景技術

遠距離大容量高壓直流輸電(high voltage direct current，HVDC)是我國電網發展的一個重要趨勢。然而，基于電網換相換流器(line commutated converter，LCC)的傳統直流輸電技術受到受端電網多直流饋入問題的制約。受端交流系統短路故障引起多回直流線路同時換相失敗，不但造成較大的功率不平衡和潮流轉移，還會引起電壓穩定問題，足以威脅整個系統安全穩定運行。解決換相失敗問題的一個途徑是采用基于電壓源換流器(voltage source converter，VSC)的柔性直流輸電技術，只要逆變器采用電壓源換流器，比如采用模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)，那么就徹底消除了換相失敗問題。

基于半橋子模塊的常規MMC-HVDC拓撲應用于遠距離架空線路輸電時，當直流側發生短路故障時，無法像傳統直流輸電那樣通過換流器自身的控制來清除直流側故障，其清除直流側故障的方法是跳換流站交流側斷路器，故障處理和直流系統恢復的時間較長。另外，如果直流輸電的整流站和逆變站都采用MMC換流器，工程成本加大大增加。上述兩個原因制約了MMC-HVDC在遠距離架空線路輸電場合的應用。

為了能夠綜合LCC-HVDC和MMC-HVDC的優勢，非常有必要研究一種具有直流故障自清除能力的混合式直流輸電拓撲。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種具有直流故障自清除能力的混合式直流輸電拓撲結構，其綜合了LCC-HVDC和MMC-HVDC的優勢，具有直流故障自清除能力，并且降低了對二極管閥組絕緣的要求，能夠大大降低工程造價，在工程中具有非常強的參考意義與使用價值。

一種具有直流故障自清除能力的混合式直流輸電拓撲結構，包括整流站和逆變站，整流站與逆變站通過直流線路相連；其中：

所述整流站采用LCC構成，所述逆變站采用MMC和功率二極管閥組構成。

若所述混合式直流輸電拓撲結構為單極系統，則整流站由一臺LCC機組構成，該LCC機組的直流側高壓端與直流線路連接，直流側低壓端接地；

若所述混合式直流輸電拓撲結構為雙極系統，則整流站由兩臺LCC機組構成，其中第一LCC機組的直流側高壓端與正極直流線路連接，第一LCC機組的直流側低壓端與第二LCC機組的直流側高壓端相連并接地，第二LCC機組的直流側低壓端與負極直流線路連接。

所述LCC機組由多個LCC串聯組成，所述LCC采用十二脈動橋式結構，其每個橋臂均由若干個晶閘管串聯組成。

若所述混合式直流輸電拓撲結構為單極系統，則逆變站由一臺MMC機組和一個功率二極管閥組構成，其中MMC機組的直流側高壓端與直流線路連接，直流側低壓端與功率二極管閥組的陽極連接，功率二極管閥組的陰極接地；

若所述混合式直流輸電拓撲結構為雙極系統，則逆變站由兩臺MMC機組和兩個功率二極管閥組構成，其中第一MMC機組的直流側高壓端與正極直流線路連接，第一MMC機組的直流側低壓端與第一功率二極管閥組的陽極連接，第一功率二極管閥組的陰極與第二功率二極管閥組的陽極相連并接地，第二功率二極管閥組的陰極與第二MMC機組的直流側高壓端連接，第二MMC機組的直流側低壓端與負極直流線路連接。

所述MMC機組由多個MMC通過串聯和并聯結合構成，所述MMC采用三相六橋臂結構，其每個橋臂均由若干個換流子模塊級聯組成。

所述功率二極管閥組由多個功率二極管通過串聯和并聯結合構成。

本發明具有以下有益技術效果：

(1)本發明混合式直流輸電拓撲具有直流故障自清除能力，在發生直流故障時不需要跳開交流開關。

(2)本發明混合式直流輸電拓撲的逆變側不會發生換相失敗，徹底解決了傳統直流輸電換相失敗的問題。

(3)穩態時本發明混合式直流輸電拓撲中的二極管閥組對地電位為零，可以顯著降低二極管閥組對絕緣的要求。

(4)由于二極管閥組造價比換流器造價低非常多，因此本發明混合式直流輸電拓撲能夠大大降低工程成本，提高工程經濟性。

附圖說明

圖1為本發明混合式直流輸電拓撲的雙極結構示意圖。

圖2為本發明混合式直流輸電拓撲的單極結構示意圖。

圖3為MMC的拓撲結構示意圖。

圖4為整流側LCC定直流電流的控制結構框圖。