[发明专利]一种混合型两端直流输电系统

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种风力发电经直流输电接入交流电网的混合型两端直流输电系统。

背景技术

按照国家风电发展规划，山东沿海、江苏沿海将分别建设两个千万千瓦级的海上风电基地。通常有交流并网和直流并网两种并网方式。采用交流并网方式，由于电缆的充电效应，当海上风电场距离陆上交流电网较远时，电缆的输电功率大大下降。为此，对于远离陆地的海上风电场，一般采用直流并网方式。

Lie Xu等人的“Grid Integration of Large DFIG-Based Wind Farms Using VSC Transmission”(IEEE Transactions on power systems，2007，22(3)，976～984)提及了一种利用两端轻型直流输电系统将海上风电场接入交流电网的方案。具体方案为：在海上和陆地分别建设一个电压源型换流器，两个电压源型换器对应的直流母线通过海底电缆联接在一起，构成一个电压源型两端直流输电系统。海上风电场的所有风电机组通过风电场内部的集电系统联接至海上电压源型换流器的交流母线上。

周宏林等人的“远距离大型DFIG风电场的混合型HVDC建模及控制”(电工技术学报，2010，25(12))提及了一种利用基于电流源型换流器的两端直流输电系统将海上风电场接入至陆地交流电网的方案。具体方案为：在海上风电场建设一个基于晶闸管的电流源型换流器和静止同步补偿器，在陆上交流电网建设一个基于全控器件的电流源型换变器，两个电流源型换器对应的直流母线通过海底电缆联接在一起，构成一个混合型直流输电系统。

Wulue Pan等人的“Hybrid Multi-terminal HVDC System for Large Scale Wind Power”(Power Systems Conference and Exposition，2006)提及了一种利用混合型多端直流输电系统将多个风电场接入至交流电网的方案。具体方案为：在每个风电场端建设一个电压源型换流器，在受端电网建设一个更大功率的电流源型换流器，所有电压源型换流器的直流母线经直流线路联接在一起后通过一条公共直流输电线路与电流源型换流器的直流母线联接。

上述Lie Xu等人的方案要求在海上风电场和陆上交流电网上都建立电压源型换流器，而电压源型换流器相比于电流源型变流器，其成本高，损耗大，当陆上交流网架较强时，没有必要在陆上电网建设电压源型变流器。

周宏林等人的方案中由于海上风电场采用电流源型换流器，其占地面积大，需要建设巨大的海上平台以承载电流源型换流器，海上平台建设成本高。

Wulue Pan等人的方案是一种多端直流输电系统，所有电压源型换流器的直流母线联接在一起，当风电场间的直流输电线路或公共直流输电线路发生故障时，所有电压源型换流器都会中断供电，所有风电场的电能输送受阻，为此该方案的供电可靠性较差。同时，当该方案应用到海上风电并网时，由于多个海上风电场一般距离较远，将它们各自的换流器通过海底电缆联接在一起，在海底电缆敷设方面会大幅增加成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种混合型两端直流输电系统，该系统是一个两端直流输电系统，采用高供电可靠性，低成本的直流输电技术将海上风电场接入至网架较强的陆上交流电网。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

在风电场附近建设一个基于全控器件的电压源型换流器，将风电场联接至电压源型换流器的交流母线上，在陆上交流电网建设一个基于晶闸管的电流源型换流器，电流源型换流器的交流母线联接至陆上交流电网，将电压源型换流器和电流源型换流器对应的直流母线通过直流输电线路联接在一起，构成一个混合型直流输电系统。

混合型直流输电系统中的输电线路可以采用架空输电线或电力电缆。

类似传统基于电流源型换流器的两端直流输电系统，混合型直流输电系统可以采用双极性接线和单极性接线两种接线方式。

本发明中的电压源型换流器是基于全控型开关器件的，其具体拓扑可以是三相两电平型换流器，钳位型多电平电压源换流器，级联型多电平换流器，模块化多电平电压源换流器以及多脉波电压源换流器等。

与现有技术相比，本发明的新颖性和创造性体现在：

与海上风电场相联接的换流器采用电压源型换流器，充分利用电压源换流器自换相特性和占地面积小的优点，与陆上交流电网相联接的换流器采用电流源型换流器，当陆上交流电网较强时技术可行且成本低廉。