[发明专利]一种具有直流故障自清除能力的双极直流输电系统

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输电技术领域，具体涉及一种具有直流故障自清除能力的双极直流输电系统。 

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)采用半桥子模块级联的形式，具有对器件一致触发动态均压要求低、扩展性好、输出电压波形品质高、开关频率低、运行损耗低等诸多优点，是新一代电压源换流器拓扑结构的佼佼者。基于MMC的高压直流输电系统(MMC-HVDC)在光伏、风电和潮汐等新能源并网，超大规模城市输配电，偏远海岛、孤立负荷和无源网络送电等场合比基于晶闸管的传统直流输电系统有更强的竞争力，诸多优势如模块化设计安装简单方便，结构紧凑占地面积小，省去了交流滤波器，从根本上消除了换相失败。美国Transbay工程和中国上海南汇风电场并网示范工程的成功投运，以及国内外多个规划或筹建工程进一步验证了MMC-HVDC的应用价值和发展前景。 

然而目前的MMC-HVDC系统仍存在以下两方面不足： 

(1)无法有效处理直流侧故障。当直流侧发生故障时，全控型开关器件所反并联的续流二极管构成故障点与交流系统直接连通的能量馈送回路，必须通过跳开交流断路器将其切断，其缺点在于机械响应较慢(最快也需2～3个周波)，故往往需要采用增大设备额定参数、配置高速旁路开关等辅助性措施，因此该拓扑并不适合于易发生闪络等暂时性故障的架空线路输电，通常选用造价昂贵但故障率低的电缆线路，所以现阶段MMC-HVDC均是局限于电缆输送场合，距离较短造价很高； 

(2)接地支路设计、安装困难。传统两电平换流器一般从直流侧分裂电容中点引出接地支路，但MMC的桥臂采用分散电容布置的型式从而节省了直流侧电容器组，接地支路设计安装难以参照前者做法。 

Westerweller.T等人在标题为Transbay cable-world’s first HVDC system using  multilevel voltage source converter(CIGRE Session.Paris，Frans：CIGRE，2010，B4-101：1-7)的文章中提出了一种可以在MMC阀侧安装三相星形连接的电抗支路为换流站提供参考电位的技术，采用该技术的直流输电系统如图1(a)所示，该技术电抗参数选择较为困难，并且极大影响了换流器本身无功功率运行范围。 

赵成勇等人在标题为模块化多电平换流器HVDC直流侧故障控制保护策略(电力系统自动化，2011，35(23)：82-87)的文章中提出了一种直流侧大电阻箝位接地方式，采用该接地方式的直流输电系统如图1(b)所示，但该接地方式与电阻参数选取密切相关，当电阻取得过小则稳态运行损耗较大，当电阻取得过大则整个系统近似不接地，对系统绝缘配合要求较高。 

上述两种现有技术中均没有明确指出在直流侧配置平波电抗器，因此需要增大桥臂电抗器参数来抑制直流侧故障电流上升率；并且只能运行在由单个电压源换流器构成双极运行的模式，一旦直流线路发生故障后就极易发生双极停运即整个系统停运，系统可靠性较低。 

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种具有直流故障自清除能力的双极直流输电系统，能够自处理直流故障，且接地支路选取设计简便，系统可靠性高，成本低。 

一种具有直流故障自清除能力的双极直流输电系统，包括两个换流器；其中，第一换流器的正负端分别通过两条直流输电线路与第二换流器的正负端相连； 

所述的换流器由正极换流单元和负极换流单元构成；正极换流单元的一端为换流器的正端，另一端与负极换流单元的一端相连并接地；负极换流单元的另一端为换流器的负端。 

优选地，所述的正极换流单元和负极换流单元均由若干个MMC(模块化多电平换流器)串联或并联构成；其中，第一换流器中的MMC通过换流变压器连接于送端三相交流电网，第二换流器中的MMC通过换流变压器连接于受端三相交流电网；能够适合在不同电压等级、不同容量下的直流输电。 

优选地，所述的直流输电线路为架空线；造价便宜，具有很好的工程应用价值和潜力。 

优选地，所述的换流器的正负端与直流输电线路之间均连接有平波电抗器； 能够对直流电中的纹波进行平抑，防止直流输电线路产生的陡波冲击波进入换流器导致器件遭受过电压而损坏，同时避免电流断续。 

所述的换流变压器为接线方式为Y₀/Δ的双绕组变压器。