[發明專利]抑制常規直流換流站換相失敗的串聯電壓補償器及系統

有效

• 申請號: 201811176179.0
• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN109217347B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 侯靈犀;魏應冬;張樹卿;李笑倩;趙彪;姜齊榮;宗炫君;鄒盛
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網江蘇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;H02M5/458
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種抑制常規直流換流站換相失敗的串聯電壓補償器及系統，補償器包括：第一至第三變流鏈，第一至第三變流鏈的每條變流鏈包括多個全控型電壓源子模塊，并串聯接入LCC?HVDC換流變壓器與換流器交流端口之間，以控制串聯電壓以輔助閥組換相，并增加LCC?HVDC換流器的換相電壓面積。該補償器采用可控全橋子模塊組成的變流鏈串聯接入常規直流系統換流器交流端口與換流變壓器之間，不需改造原有換流器橋臂內部結構，對LCC?HVDC具有良好的換相失敗抑制能力和加快故障后恢復的能力，從而可顯著提高LCC?HVDC防御換相失敗的能力以及換相失敗后的恢復速度，控制靈活性高、成本低，具有良好的工程實用性。

技術領域

本發明涉及高壓直流輸電技術領域，特別涉及一種抑制常規直流換流站換相失敗的串聯電壓補償器及系統。

背景技術

傳統的電網換相高壓直流輸電系統(line commutated converter，LCC-HVDC)具有遠距離大容量輸電、有功功率可控等優勢，在世界范圍內廣泛應用。但由于其換流器采用的晶閘管需要依賴交流系統提供換相電壓，故而在交流系統故障等情況下容易發生換相失敗，導致直流電流激增，直流傳輸功率迅速大量損失。此外，近年來我國部分區域電網已有多條直流饋入，一旦某回直流線路發生換相失敗，則通過交流系統耦合可能帶來多回直流線路的連鎖換相失敗，給電網的安全穩定運行帶來更嚴峻的挑戰。

針對傳統直流輸電換相失敗問題，已有技術主要有兩種思路。一種思路是從直流系統控制角度入手，如通過減小觸發角來增大熄弧角，但該方法在故障期間增大了直流電流，并引起逆變站無功損耗的增加，有可能惡化直流故障穿越能力。采用低壓限流控制(VDCOL)，即限制交流系統故障期間的直流電流來降低換相失敗發概率的方法，盡管應用廣泛，但由于不能有效反映故障后電流的動態變化特性，對故障電流的限制效果仍不夠顯著。

另一研究思路是改進LCC-HVDC的換流器電路拓撲。如將LCC-HVDC系統一端換流器全部或部分替代為柔型直流系統的VSC(Voltage Sourced Converter，電壓源換流器)，利用VSC自身特性提高混合型HVDC(high-voltage direct current，高壓直流輸電)系統整體抵御換相失敗的能力，但高壓大容量的VSC帶來了工程造價和損耗的顯著提升，特別是將既有LCC-HVDC工程換流器替換為柔性直流系統VSC改造成本很高。

CCC(capacitor commutation converter，電容換相換流器)和CSCC(ControlledSeries Capacitor Converter，可控串聯電容器換流器)的拓撲改造成本較低，它們都在LCC-HVDC交流側串聯換相電容，通過增大穩態下換相角來抑制換相失敗。但CCC引入的電容器不僅增大了直流輸電系統中的電流諧波，且換相失敗后換相電容可能持續充電至過電壓，導致換流器失去自恢復能力，CSCC盡管把電容器放在換流變壓器網側，并可對電容值進行調整，但并沒有消除這些問題。此外，有研究分別由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)或晶閘管構造出僅允許通過單向電流的橋式模塊，并將這種附加電路串聯接入換流器各個橋臂內，通過對換相電容的切換較好地解決了CCC和CSCC方案的缺點，其中，研究包括降低直流輸電換相失敗概率的改進拓撲及其控制策略或半控型H橋子模塊提高HVDC換相失敗免疫力的機理。但由于需要在LCC換流器每個橋臂內都安裝附加電路，導致附加器件利用率不高，并且涉及對LCC換流器本體進行改造，改造成本和難度均較高。

另外，還有研究，如一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊的新型電容換相換流器，進一步基于雙向晶閘管構成的全橋模塊接入LCC換流器交流端，提出一種ECCC(EnhancedCCC，增強電容換相變流器拓撲，相比橋臂內附加電路方案可節省50％的模塊電容容量，同時避免了對換流器橋臂的改造，但受制于晶閘管強迫換相要求，ECCC對交流電壓故障后第一和第二個換相過程的換相失敗抵御能力明顯不足，并且模塊內晶閘管電壓應力較高。

發明內容