[發(fā)明專利]一種半波長交流輸電系統(tǒng)及其調(diào)諧方法、柔性并網(wǎng)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010437329.X
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN111564864A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋曉通;孫藝;呂倩楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/36
• 分類號(hào): H02J3/36;H02J3/38;H02H7/26
• 代理公司: 北京君泊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠(yuǎn)

本發(fā)明公開了一種基于MMMC的半波長交流輸電系統(tǒng)、調(diào)諧方法和柔性并網(wǎng)方法，該系統(tǒng)包括兩個(gè)MMMC變頻柔性調(diào)諧裝置和位于兩個(gè)MMMC變頻柔性調(diào)諧裝置之間的半波長交流輸電線路，所述MMMC變頻柔性調(diào)諧裝置包括三相輸入端、三相輸出端和連接所述三相輸入端和所述三相輸出端的九條功率鏈，每條所述功率鏈包括N個(gè)級(jí)聯(lián)的H橋子模塊和至少一個(gè)電抗器。本發(fā)明的有益效果為：通過MMMC變頻柔性調(diào)諧裝置對(duì)半波長交流輸電線路的運(yùn)行頻率進(jìn)行調(diào)諧，即對(duì)半波長交流輸電線路進(jìn)行調(diào)相，實(shí)現(xiàn)半波長交流輸電，可以實(shí)現(xiàn)半波長輸電線路故障隔離，也可以將半波長輸電線路按常規(guī)交流線路運(yùn)行或直流線路運(yùn)行，還可以實(shí)現(xiàn)柔性并網(wǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半波長交流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于MMMC 變頻柔性調(diào)諧的半波長交流輸電系統(tǒng)、調(diào)諧方法及柔性并網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

隨著國際社會(huì)對(duì)能源安全、生態(tài)環(huán)境、異常氣候等問題的日益重視，減少化石能源燃燒，加快開發(fā)和利用可再生能源已成為世界各國的普遍共識(shí)和一致行動(dòng)。光伏和風(fēng)電等的集中開發(fā)使得超遠(yuǎn)距離、大功率電能的輸送及其實(shí)施具有廣泛的意義和實(shí)用價(jià)值。

半波長交流輸電(Half Wavelength AC Transmission，HWACT)是指輸電的電氣距離接近1個(gè)工頻半波長，即3000km(50Hz)或2600km(60Hz)的超遠(yuǎn)距離的三相交流輸電。無損情況下的半波長交流線路就像一臺(tái)變比為-1.0的理想變壓器，首端電壓和末端電壓大小相同、相位相反。因此，一條半波長無損線路等同于一條電氣距離極短的線路，其具有良好的輸送大功率電能的能力，線路中無需安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，且全線可以不設(shè)開關(guān)站，輸電設(shè)備數(shù)量大幅度減少。

受客觀條件的限制，實(shí)際線路的自然長度難以正好是工頻半個(gè)波長。當(dāng)線路長度不足或過長時(shí)，需要使用調(diào)諧電路或補(bǔ)償電路對(duì)輸電線路的電氣長度進(jìn)行人工補(bǔ)償，以達(dá)到人造半波長交流輸電線路的目的。現(xiàn)有HWACT線路的調(diào)諧方案大多是基于無源型網(wǎng)絡(luò)。如附圖1中所示的兩種無源型網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)是π型調(diào)諧電路/裝置，另外一個(gè)是T型調(diào)諧電路/裝置。傳統(tǒng)無源調(diào)諧電路對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式或參數(shù)變化的適應(yīng)性相對(duì)較差，易失去半波長特性，當(dāng)調(diào)諧電路內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，易引發(fā)各類諧振，產(chǎn)生幅值很高的過電壓。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410742536.0中國發(fā)明專利公開了一種基于電力電子換流技術(shù)的柔性半波輸電系統(tǒng)及其調(diào)諧方法，其柔性調(diào)諧有兩條技術(shù)路線，一是變頻式柔性調(diào)諧，二是同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧。其中，變頻式柔性調(diào)諧裝置包括矩陣式交交變頻器和濾波電容，矩陣式交交變頻器由9個(gè)具備雙向電壓阻斷能力和自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體開關(guān)器件組成矩陣結(jié)構(gòu)，通過對(duì)9個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件的邏輯控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的變換。濾波電容一端接地，另一端通過母線并聯(lián)接入調(diào)諧輸電線路上。這種方案包括濾波電容，而濾波電容會(huì)增加整個(gè)變頻式柔性調(diào)諧裝置的成本、占用面積和維護(hù)工作量。

《基于MMC的半波長交流輸電變頻調(diào)諧技術(shù)》提出了一種基于模塊化多電平換流器(MMC)的變頻柔性調(diào)諧理論和調(diào)諧技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輸電距離遠(yuǎn)超過工頻半個(gè)波長線路的有源調(diào)諧。如圖2中所示，基于MMC的變頻方案需要先把交流轉(zhuǎn)換為直流，然后再從直流轉(zhuǎn)換為交流，交流和直流之間的變換有兩次，因此，基于MMC的變頻柔性調(diào)諧裝置的轉(zhuǎn)換效率不高。

《變頻變壓器在半波長變頻調(diào)諧的應(yīng)用》提出了一種基于變頻變壓器 VFT(variable-frequency transformer)的變頻柔性調(diào)諧裝置，如圖3中所示，其結(jié)合變頻調(diào)諧和VFT的各自工作原理提出了相應(yīng)的控制策略，并通過仿真分析證明了基于VFT的變頻柔性調(diào)諧技術(shù)具有可行性。然而，基于VFT方案的頻率變化范圍較小，應(yīng)用場景就受限，而且變頻變壓器需要吸收無功功率來建立磁場，因此，變頻變壓器需要外加無功功率補(bǔ)償裝置，從而使基于VFT方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步變差。

發(fā)明內(nèi)容