[发明专利]基于电压源换流器的多端直流配电网系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电压源换流器(VSC)的多端直流配电网系统，属于直流配电技术领域。

背景技术

随着现代化城市规模的快速发展，城市中心负荷需求增长加快，空中输电走廊已没有太大的拓展余地，给城市输配电网的增容改造带来极大的困难，使得城市电网安全稳定运行的压力越来越大。

“城中村”是城市规模快速扩大的产物。在国内部分城市，一些“城中村”用电负荷日益增加，当前的“城中村”交流配电网系统已远远无法满足新增负荷的需要。已有的10kV配电网面临负荷密度高、线路密集、走廊紧张的问题，并且变电站出线已没有冗余；而“城中村”地处城市中心，用地紧张，可谓“寸土寸金”，受环境、经济因素等影响，使得变电站扩建困难重重。近年来，“城中村”电网的薄弱已经制约了城市整体健康、平衡发展，影响了市民生活质量，成为各级政府、居民和供电企业共同关注的焦点。

“城中村”用电矛盾突出表现在：(1)“城中村”电网薄弱、安全隐患大，难以满足用电需求；(2)电压质量低、供电可靠性低等问题日益突出；(3)用电需求难以满足，“城中村”用电需求的快速增长与薄弱的电力设施形成矛盾。例如，广东珠三角地区由于负荷密度比较高，面对新增负荷(“城中村”地区电力需求增加)，当前的10kV配电网系统已无力供应所需求的电力；某些精密制造业对供电质量有着特殊的要求，而普通交流电网会对故障、干扰进行传播，影响了这些精密制造业的正常生产；此外，现有配电网系统中的交流电缆运行损耗较大，使得运行电流和输送容量受限等等，迫切需要一种新的配电网系统以应对日益增加的城市负荷需求和环境压力。

目前，较为理想的城市供电方式为电缆输电，而直流电缆比交流电缆所需的空间少，且可传输更多的功率。基于电压源换流器(voltage source converter，VSC)和脉宽调制技术的电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter HVDC，VSC-HVDC)技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点，能有效提高电能质量并确保电网安全稳定运行，是智能电网发展中具有代表性的关键技术之一。自1997年世界上第一个VSC-HVDC试验工程成功投运以来，凭借其独特的技术优势，VSC-HVDC在电网互联、新能源并网和城市电网供电等方面具有广阔的前景，获得了广泛的关注。我国第一条VSC-HVDC示范工程——上海南汇风电站系统于2011年5月并网成功，整体投入试运行，标志着我国具有自主知识产权的VSC-HVDC核心技术成功应用于实际工程。

VSC-HVDC技术基于全控型器件，与传统的HVDC相比有很大优势：(1)VSC换流站不会出现换相失败故障，提高了受端系统的电能质量；(2)VSC-HVDC可同时对有功和无功分别进行独立控制，控制方式更加灵活方便；同时，由于VSC交流侧电流可控，不会增加系统的短路容量，从而不会影响继电保护的整定；(3)VSC-HVDC可通过改变直流电流的方向来改变潮流流向，既有利于潮流控制，又有利于多端直流系统构成；(4)VSC不需要交流侧无功的支持，反而在故障发生时可以动态补偿系统所需的无功，起到STATCOM的作用；(5)VSC开关频率相对较高，换流器产生的谐波大为减弱，所需滤波装置容量大大减少，简化了换流器的结构，减少了工程的投资费用；(6)模块化设计使得VSC-HVDC工程的设计、生产、安装周期大大缩短；同时，换流器的占地面积约占同等容量的传统直流输电的50％。

综上所述，VSC-HVDC克服了传统HVDC的固有缺陷，高压直流电缆的研制成功也大大降低了直流输电线路的工程造价，使直流电缆的铺设更加经济。另外，VSC-HVDC可以独立调节有功功率和无功功率，使系统的控制更加灵活、可靠，从而提高了电能质量。因此，采用VSC-HVDC是城市配电网增容的重要可行方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于VSC的多端直流配电网系统，主要用于向城市电网供电，以缓解城市中心负荷需求增长加快、已有输电走廊紧张的压力，该系统可为相邻电网提供动态无功支撑和有功支援，具有电压支撑的能力，从而提高了相邻电网的稳定性与可靠性，有助于城市输配电网的增容改造。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：