[發明專利]一種混合串聯多落點直流輸電系統

在審

• 申請號: 201910962667.2
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110535166A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 宋強;曾嶸;孟經偉;趙彪;余占清
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網北京市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J1/10
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 羅文群<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種混合串聯多落點直流輸電系統，屬于直流輸電技術領域。本發明輸電系統包括一個送端交流電網、晶閘管整流器、直流線路、單向電流型全橋模塊化多電平換流器、三相交流變壓器和受端交流電網；單向電流型全橋模塊化多電平換流器的交流輸出端分別通過相對應的三相交流變壓器連接到受端交流電網；單向電流型全橋模塊化多電平換流器的直流端依次串聯連接，再通過直流線路連接到晶閘管整流器的直流端；晶閘管整流器的交流端接入送端交流電網。本發明針對遠距離大容量混合直流輸電功率單向輸送的特點，各受端電網換流器采用單向電流型全橋模塊化多電平換流器實現交直流的功率轉換，使受端電網換流器的成本更低、緊湊化程度更高。

技術領域

本發明涉及一種混合串聯多落點直流輸電系統，屬于直流輸電技術領域。

背景技術

能源與負荷中心分布的特點決定了大量的電能依賴于遠距離輸送，相對于高壓交流輸電方式，在遠距離大容量電能輸送中采用高壓直流輸電在技術性和經濟性方面都具有優勢。基于晶閘管換流器(Line Commutated Converter,LCC)的常規高壓直流輸電已經得到了廣泛應用。當在負荷密集地區存在多回的常規高壓直流輸電線路同時落點時，受端電網強度將顯得相對不足，增加了LCC換相失敗的風險，并帶來系統穩定性問題。隨著模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的電壓等級和容量不斷提高，已經越來越傾向于在受端電網采用MMC技術，以避免換相失敗的風險和降低對電網強度的要求。但是，LCC具有成本低、效率高、額定電壓和額定電流高等優點，仍是高壓直流輸電線路送端換流器的優選方案。因此，在送端電網采用晶閘管整流器、在受端電網采用MMC的混合高壓直流輸電系統，可以充分結合LCC和MMC各自的優勢，將成為未來遠距離大容量直流輸電技術的發展趨勢。

在目前的應用中，很大的需求是將電力從一個集中的能源中心送到多個受端交流電網，形成多個直流落點。在送端電網可以采用一個大容量的換流器，在多個則分別采用多個相對容量小一些的換流器連接多個受端電網。現有的方式通常是采用并聯多端直流輸電的方式，在每個落點通過一個換流器將直流轉為交流，連接到受端電網。多個受端電網換流器的直流側并聯起來后連接到送端換流器。對于這種并聯多端直流輸電的方式，每個受端電網換流器的容量相對較小，但是其直流電壓必須設計為整個線路的高額定直流電壓，導致換流器的經濟學較差，運行安全程度也較低。

實際上，對于將電能從一個集中的能源中心送到多個落點的方式，采用串聯直流輸電的方式將更為適合。在串聯直流輸電方式下，每個受端電網換流器的額定電壓只需要設計為相對較低的值，各受端電網換流器的直流側串聯起來達到直流輸電線路的電壓水平。

發明內容

本發明的目的是提出一種混合串聯多落點的直流輸電系統，針對現有并聯多端直流輸電方式受端電網換流器額定直流電壓高、經濟性差、運行安全性低等技術缺點，通過直流串聯的方式，將各受端電網換流器連接在一起達到直流輸電線路的電壓水平后連接到送端換流器，各個受端電網換流器只需采用相對低壓小容量的模塊化多電平換流器。在各個受端電網換流器中，針對混合直流輸電功率單向輸送的特點，采用單向電流型模塊化多電平換流器，實現交直流的功率轉換，以實現低成本和緊湊化的受端電網換流器。

本發明提出的混合串聯多落點直流輸電系統，包括一個送端交流電網101、晶閘管整流器102、直流線路103、多個單向電流型全橋模塊化多電平換流器104、多個三相交流變壓器105和多個受端交流電網106。多個單向電流型全橋模塊化多電平換流器104的交流輸出端分別通過相對應的多個三相交流變壓器105連接到多個受端交流電網106。多個單向電流型全橋模塊化多電平換流器104的直流端依次串聯連接后通過直流線路連接到晶閘管整流器102的直流端；晶閘管整流器102的交流端接入送端交流電網。