[發明專利]一種級聯換流閥、直流輸電系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201711358313.4
• 申請日: 2017-12-17
• 公開（公告）號: CN107968588B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 向往;楊睿璋;文勁宇;饒宏;許樹楷
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02M7/49
• 分類號: H02M7/49;H02M1/32;H02J3/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

技術領域

本發明屬于電力系統輸配電技術領域，更具體地，涉及一種級聯換流閥、直流輸電系統及其控制方法。

背景技術

21世紀以來，隨著環境問題的日益突出，為了減少碳排放、降低燃煤發電比例，需大規模開發并利用可再生能源。我國新能源基地具有分散、分布偏遠、強波動性等特點，且與負荷中心呈逆向分布，導致大容量遠距離輸送電能的需求日益增加。采用高壓交流輸電系統并網存在造價高昂、穩定性問題嚴重等固有缺陷。采用基于電網換相換流器技術(LCC)的常規高壓直流輸電技術，傳輸容量大、技術成熟，在解決我國西北地區新能源外送、西南地區水電外送等問題中得到了大量的工程實踐，在我國華東和珠三角地區更是形成了多回直流饋入的輸電格局。

電網換相換流器需要受端交流電網提供足夠的換相電壓，易發生換相失敗；在換相失敗后的功率恢復過程中還需吸收大量的無功功率。因此，當受端系統某點發生交流故障時，可能引起多回直流線路同時發生換相失敗，導致多回直流線路輸送功率暫時中斷，對送、受端交流系統的安全穩定性構成嚴重威脅。多直流落點集中饋入中部和東部電網帶來的安全穩定問題將是未來我國電網發展面臨的突出問題之一。

為解決多直流落點饋入問題，目前有兩種方案。第一，從改進換流器設備的角度，采用模塊化多電平換流器(MMC)替換常規的電網換相換流器。模塊化多電平換流器具備功率控制解耦，可自換相等優勢，從而可以有效解決多直流饋入問題。第二，從改善受端交流電網結構的角度，通過柔性背靠背直流系統將交流電網異步分區，限制交流故障的影響范圍，提高受端電網的穩定性。

其中，針對改進換流器設備，唐庚、徐政等人提出了一種LCC-MMC混合高壓直流輸電系統。該系統將傳統的電網換相換流器(LCC)與模塊化多電平換流器(MMC)相結合，在受端用MMC替代LCC，從而解決多直流落點饋入的問題。(唐庚,徐政,薛英林.LCC-MMC混合高壓直流輸電系統[J].電工技術學報,2013,28(10):301-310)。

針對改進受端交流電網結構，周保榮等人提出對受端負荷密集的交流電網，將同步運行網架向異步運行網架改變，避免受端系統某點發生故障后引起多回直流線路同時換相失敗的問題，從而降低多直流落點饋入對交流電網的影響，避免因受端故障而導致的電網解列的發生(周保榮,洪潮,金小明等.南方電網同步運行網架向異步運行網架的轉變研究[J].中國電機工程學報,2016,36(08):2084-2092.)。新南威爾士大學的Evripidis Karatsivos等人提出了能夠適用于多直流落點，交流系統異步互聯的基于VSC背靠背系統，這種背靠背拓撲通過交流系統的異步互聯，解決直流系統受端多饋入的問題(E.Karatsivos,V.G.Agelidis,G."Asynchronous AC systems interconnection with DC-bus capacitor-less VSC back-to-back topology,"2016IEEE International Conference on Power System Technology(POWERCON),Wollongong,NSW,2016,pp.1-6.)。

上述徐政等人的方案，雖然能夠實現高電壓大容量遠距離直流功率傳輸，同時解決因受端換流器換相失敗導致的直流系統多饋入問題，但對于受端負荷中心，未將交流系統進行異步分區互聯，受端系統故障時依然可能導致系統失穩甚至解列。針對上述周保榮等人以及Evripidis Karatsivos等人的異步運行方案雖然能夠實現多直流落點饋入且能實現交流系統異步互聯，但受限于開關原件的耐壓能力及所提出的拓撲結構的局限性，所提的方案無法實現高電壓大容量的遠距離直流電能傳輸。若將大容量遠距離直流輸電系統直接與背靠背異步運行系統結合，則需要在原基礎上增設換流站，從而需要使用更多的占地面積以及換流設備，建造成本大幅提高。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種級聯換流閥、直流系統及其控制方法，在實現高電壓大容量遠距離直流輸電的同時，解決了現有交直流輸電系統中由于未實現交流系統異步分區導致在受端電網多直流饋入下發生交直流故障時交直流輸電系統發生失穩或者解列技術問題。