[發明專利]一種柔性直流輸電系統

在審

• 申請號: 201810370223.5
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108400701A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 黃天嘯;辛光明;劉苗;杜延菱;劉蔚;王豐;吳濤;謝歡;孟超;王沛然;張碩;高旭;馬迎新;曹天植;王炳輝;劉蓁
• 申請（專利權）人: 國網冀北電力有限公司電力科學研究院;華北電力科學研究院有限責任公司;國家電網公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02J3/36
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤;湯在彥

本發明提供了一種柔性直流輸電系統，所述系統包括變壓器、換流器與耦合電抗器；所述耦合電抗器包括上橋臂耦合電抗器和下橋臂耦合電抗器，其中，所述上橋臂耦合電抗器與下橋臂耦合電抗器通過同名端與異名端的連接相連，所述同名端與所述異名端的連接點為并網點；所述變壓器的一端與交流電網連接，另一端與所述并網點連接；所述換流器包括三個相單元，所述相單元包括上橋臂與下橋臂，所述耦合電抗器連接于所述上橋臂與所述下橋臂之間。

技術領域

本發明涉及直流輸電領域，尤指一種柔性直流輸電系統。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭和改善環境壓力的日益增加，中國乃至世界均面臨著能源結構的戰略性調整，大規模開發和利用新能源勢在必行。風電、太陽能、潮汐能等新能源都具有間歇性、隨機性的特點，新能源的規模化消納成為中國電力系統面臨的重大現實問題，傳統電力裝備、電網結構和運行技術已顯得力不從心。為了適應未來能源格局的深刻變化，需加快新型匯集送出及消納技術的研發以提高新能源發電的利用效率。近年來，學者們重新審視電網輸配電技術，直流技術重新成為研究熱點，柔性直流電網等概念應運而生。

柔性直流輸電系統的故障有其自身的特點，故障電流上升迅速。柔性直流輸電系統通常采用模塊化多電平換流器，當系統中直流側發生接地或極間故障時，模塊化多電平換流器中的電容通過絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar thyristor，IGBT)在極短的時間內對故障點放電，造成線路電流迅速上升。此時短路電流上升快，幅值大，對于IGBT設備的安全存在較大隱患。

模塊化多電平換流器發生故障時，會產生短路電流。此時線路上流過的短路電流分為兩部分，第一部分是故障發生時，功率模塊的電容器通過IGBT進行放電的電流，這部分電流上升快，幅值大；第二部分是IGBT閉鎖后，三相交流電網側通過電抗器和功率模塊中與IGBT反并聯的續流二極管向換流器直流側注入的故障電流。

現有技術中限制短路電流通常有兩種方法。第一種方法是通過在功率模塊上增加器件。在模塊化多電平換流器的每個功率模塊上并聯一組雙向晶閘管開關，直流線路發生瞬時性短路故障時，閉鎖所有功率單元的控制脈沖，同時觸發所有的雙向晶閘管開關導通，使直流線路短路點自然滅弧后短路點消失。當檢測到直流線路短路電流為零后，控制所有的雙向晶閘開關關斷，然后打開所有功率單元的控制脈沖，使換流器重新投入運行。這種方法用于抑制第一部分短路電流，但這種方法的缺點是增加了成本，對每個功率模塊都增加元件的成本，甚至能夠達到原半橋式模塊化多電平換流器造價的一倍，對于實際工程來說是沉重的經濟負擔。

現有技術中第二種限制短路電流的方法是利用增加控制策略的方式對半橋式模塊化多電平換流器短路電流進行限制，通過將直流母線電壓控制為零，達到在換流器受控且換流系統不脫網的狀態下穿越直流短路故障的目的，尤其適合于直流架空線路傳輸等直流故障率較高的場合。基本原理為檢測到直流短路電流后迅速翻轉直流母線電壓以抑制短路電流，待電流降落到正常范圍內后，控制直流母線電壓為零，維持交流側無功功率輸出；直流短路故障消除后，提升直流母線電壓至額定值，恢復有功傳輸。控制結構上，加入電容電壓控制閉環，以保證直流短路故障期間的電容電壓穩定。這種方法用于抑制第二部分短路電流，但這種方法的缺點是使半橋式模塊化多電平換流器的控制方式更加復雜，延長了半橋式模塊化多電平換流器控制器的計算時間，在故障發生時，會出現更長的邏輯判斷和延時，不利于半橋式模塊化多電平換流器設備的安全。由于短路電流中第一部分的影響遠高于第二部分，因此，這種方法無法抑制第一部分短路電流。

發明內容

為了解決現有技術中，無法有效抑制柔性直流輸電系統中的短路電流，本發明實施例提供一種柔性直流輸電系統，所述系統包括變壓器、換流器與耦合電抗器；

所述耦合電抗器包括上橋臂耦合電抗器和下橋臂耦合電抗器，其中，所述上橋臂耦合電抗器與下橋臂耦合電抗器通過同名端與異名端的連接相連，所述同名端與所述異名端的連接點為并網點；

所述變壓器的一端與交流電網連接，另一端與所述并網點連接；